以实验室规模仿真加工厂的方法技术

提供了一种方法、实验室设备以及两者的结合使用，以采用实验室设备仿真加工厂的至少一部分的动态温度特性，该加工厂尤其指工业反应器。该方法的特征在于：以给定的时间间隔提供温度分布和／或温度设定值，用于控制所述实验室设备；其中所述温度分布和／或温度设定值由数学模型导出，所述数学模型描述所述加工厂的至少一部分的动态温度特性；以及，其中所述温度分布和／或所述温度设定值被程序采用以控制所述实验室设备。

Method of simulating machining plant by laboratory scale

A method, a laboratory device, and a combination of the two are provided to simulate the dynamic temperature characteristics of at least part of a process plant using laboratory equipment, in particular an industrial reactor. The method is characterized in that: in a given time interval to provide temperature and / or temperature setting, which is used to control the laboratory equipment; wherein the temperature distribution and / or temperature values set by the mathematical model, the mathematical model of the processing plant at least part of the dynamic characteristics and temperature; the temperature distribution and / or the temperature setting is program used to control the laboratory equipment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法，用于以实验室规模仿真加工厂(processplant)的至少一部分的动态温度特性。
技术介绍
用于进行化学和/或物理反应的加工厂被用在几种工业领域，例如化学、制药或生物工业。加工厂或为特定目的而建造以用于特定的反应，或设计为多用途设备。多用途加工厂特别适合于顾客特定的生产，或适合于具有快速改变的生产线和产品的工业领域。因此，多用途加工厂经常间断地运行，并且也不得不对多用途加工厂和/或反应加以调整。任何化学和/或物理反应通常首先在实验室规模进行研究，然后逐渐从实验室规模扩大到工作台规模、到试验厂规模，然后到完整规模的加工厂。这样的扩大过程可能花费巨大，同时也非常耗时，特别在扩大过程的每步中的必须再次确定某些方面的时候。这些方面例如包括反应的生产率和选择性、产品的质量以及与安全和环境保护相关的方面。现今，特别是安全方面以及与环境保护相关的方面变得越来越重要。在化学和/或物理反应逐渐扩大的经典方法之外，还发展了理论方法。例如，M.Bollyn等人建立了一种基于动力反应参数的数学模型(“Schneller Scale-up，Reaktionskalorimetrie und Reaktorsimulation inKombination”，Chemie Anlagen und Verfahren，4(1996)95-100)。所述模型容许对工业反应器或加工厂进行数值仿真。动力反应参数必须在实验室规模下用反应量热器确定，而数值仿真的质量取决于反应动力学确定的质量。只要反应本身简单，反应动力学的确定就会简单。对于那些具有几个反应步骤和/或副产品的反应，这样的确定会变得非常复杂，因而更加耗时。对于使用多用途加工厂的工业，拥有简单快速并且准确地预测在实验室规模下给定反应的规模扩大特性的方法，将是非常有意义并有用的。因此，本专利技术的目的在于提供一种方法，用于在实验室规模仿真加工厂的至少一部分的动态温度特性。
技术实现思路
加工厂包括至少一个具有工业反应容器的工业反应器，化学和/或物理反应可在工业反应容器中进行，且该工业反应容器可与工业温度控制设备相互作用，而工业传热单元可与该工业温度控制设备相互作用。依据所用的温度控制设备的类型，可以直接和/或间接地控制该反应容器特别是其容纳物的温度。该加工厂尤其是工业温度控制设备由控制设备控制。建立了类似的用于实现仿真方法的实验室设备，但是其尺存小得多。实验室设备包括用于进行化学和/或物理反应的实验室反应容器；与该实验室反应容器相互作用的实验室温度控制设备；与该实验室温度控制设备相互作用的实验室传热单元；以及用于操作和控制该实验室设备的控制器。优选地，所述控制器包括具有温度控制算法的程序。所述控制器主要通过预置温度分布并/或通过设置温度设定值以控制实验室设备。术语“工业”和“实验室”主要涉及所描述物体的尺寸、应用规模和/或应用场合。诸如反应量热器、自动实验室反应器以及温度控制的实验室反应器等实验室设备可用于在小规模下进行化学和/或物理反应和过程。普通实验室设备具有从几毫升甚至更小到几升的反应容器容量。通常地，它们被用于进行化学和/或物理反应，并用于确定反应动力学和/或反应的热力学特性和参数。大部分的实验室设备是非常通用的，因而反应甚至可以在极端的温度和/或压力条件下得以安全地进行。实验室温度控制设备和实验室传热单元的特征在于它们都是功能强大的，并且可以快速精确地控制反应混合物的温度。这样的实验室设备可以非常快速地跟踪和/或达到温度分布和/或温度设定值。普通实验室设备的动态温度几乎是理想的。对任何化学和/或物理反应而言，反应温度都是重要的参数。反应温度的轻微改变例如会导致不同的产品和/或不同的反应产率。实验室设备主要受控并运行于与该实验室设备的至少一部分相关的至少一个温度下。控制器以给定的时间间隔提供预设的温度分布和/或温度设定值。温度分布表征为温度-时间曲线。它可以是连续的分布和/或可以包括离散的温度设定值。控制实验室设备的温度直接和/或间接地与反应温度相关，该反应温度诸如为放置在实验室反应容器的反应混合物的温度或温度控制设备的温度。当温度分布和/或设定值由控制器提供时，与实验室传热单元相互作用的实验室温度控制设备根据给定的温度分布和/或设定值开始改变它的温度，并且当达到给定的温度时，此温度保持一段同样预定的时间。因为实验室温度控制设备也与实验室反应容器相互作用，所以相应地反应容器的温度将发生改变，而所述反应容器的任何容纳物的温度同样也将发生改变。作为安全措施，通常采用合适的温度探测器，按一定的时间间隔对所提供的温度进行监测。加工厂要比实验室设备大得多，其反应容器容量为几升到几立方米。由于它们的尺寸以及所用的材料，建造具有理想动态温度特性的加工厂几乎是不可能的。当实验室设备被用于仿真加工厂的至少一部分的动态温度特性时，加工厂的动态温度特性强加在实验室设备上，这样实验室设备的性能不再理想。因此，了解加工厂的至少一部分的动态温度特性是非常必要的。加工厂的温度动态至少部分地由加工厂和反应间交换的热量和能量控制。为了仿真加工厂的至少一部分的动态温度特性，实验室设备可以由以给定时间间隔提供的温度分布和/或温度设定值控制。所述的温度分布和/或所述温度设定值来自数学模型，该数学模型描述了加工厂的至少一部分的动态温度特性。因而，实验室设备，特别是其动态温度，被迫随加工厂的动态温度变化。数学模型用于决定温度设定值随时间的变化，该变化可以是温度分布和/或离散的温度设定值。温度分布和/或设定值可以由控制器使用来控制实验室设备。这样，实验室设备可以仿真并模仿加工厂的动态温度特性。如果在用于仿真加工厂的动态温度特性的实验室设备中进行化学和/或物理反应，反应的速率、产率、选择性以及其它的特性将非常类似在加工厂中以工业规模进行反应时所能取得的特性。这样的仿真是非常有优势的，因为用于规模扩大过程的时间将能获得极大地缩短，同时成本也能得到有效地控制。例如与安全、质量、数量、选择性和/或环境保护相关的方面可以在实验室规模得以确定，在该规模下反应质量很小并易于处理。对于放热或温度敏感的反应来说，这是特别有意义的，因为对这些反应而言，任何规模扩大不仅非常耗时、昂贵，甚至还将是危险的，特别是当在工业规模的反应的热量效应被误判时。根据所需的反应温度和任何预设的安全裕量，通过控制和调节反应容器的容纳物的温度来操作习知的实验室设备。因此，温度分布和/或温度设定值被用于控制与实验室设备的至少一部分相关的至少一个温度，优选地，该温度为直接和/或间接地与反应温度相关的温度。该温度可以是与实验室反应容器相关的温度，例如，反应容器内的实际温度和/或它的容纳物的温度、或与实验室温度控制设备相关的温度。该实验室温度控制设备可以被设计为用于直接和/或间接地进行温度控制。实验室规模下用于仿真加工厂的动态温度特性的主要问题是建立用于描述所述加工厂的至少一部分的动态温度特性的正确的数学模型。因为加工厂可以用不同的材料、部件和方法等多种方式进行组合，所以对要被仿真的每个加工厂或至少对加工厂的至少一部分必须单独地确定数学模型。特别地，仿真工业反应器的动态温度特性。从数学模型获得的温度变化分布和/或温度设定值被实验室设备的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用实验室设备仿真加工厂的至少一部分的动态温度特性的方法，所述加工厂包括：工业反应器，其具有用于进行化学和／或物理反应的工业反应容器；工业温度控制设备，其与所述工业反应容器相互作用；工业传热单元，其与所述工业温度控制设备相互作用；以及控制单元，其至少用于控制所述工业温度控制设备；所述实验室设备包括：实验室反应容器，用于进行化学和／或物理反应；实验室温度控制设备，其与所述实验室反应容器相互作用；实验室传热单元，其与所述实验室温度控制设备相互作用；以及控制器，其用于操作和控制所述实验室设备。所述方法的特征在于：以给定的时间间隔提供温度分布和／或温度设定值，用于控制所述实验室设备；其中所述温度分布和／或温度设定值从数学模型导出，所述数学模型用于描述所述加工厂的至少一部分的动态温度特性；以及，其中所述温度分布和／或所述温度设定值被所述控制器利用以控制所述实验室设备。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伯努瓦祖菲雷伊，弗朗西斯斯托塞尔，乌尔斯格罗特，
申请(专利权)人：梅特勒托利多公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]