一、方案概述

1.1 项目背景与痛点

催化剂作为高端反应过程的核心物料，普遍具有粒径超细、易氧化失活、遇水潮解、部分品类易燃易爆等特性，传统敞口投料、普通输送方式存在三大核心痛点：

· 物料接触空气导致氧化失活，催化效率大幅下降，甚至产生危险副反应；

· 投料过程粉尘逸散，既造成贵重物料损耗，又带来职业健康与粉尘爆炸风险；

· 人工投料计量精度差，批次稳定性不足，无法满足连续化生产要求。

1.2 方案总体思路

本方案基于普非森自动化 12 年粉体密闭输送与惰化保护技术积淀，采用 “手套箱真空氮气置换投料 + 真空上料机负压气力输送 + 全流程纯氮气氛围保护” 的集成工艺路线，实现从催化剂拆包、投料、输送到终点反应设备进料的全程密闭、无氧、无尘运行，从根本上保障催化剂活性与生产安全性。

方案核心设计原则：

· 本质安全：全程氮气惰化，氧含量实时联锁，防爆等级适配化工高危场景；

· 物料保真：全程隔绝空气与水汽，催化剂物性零变化；

· 清洁生产：全密闭结构，操作区粉尘浓度≤0.3mg/m³，符合环保与职业健康标准；

· 智能可控：PLC 全自动控制，关键参数实时监控，生产数据可追溯。

二、物料特性与工艺要求分析

2.1 催化剂典型物性

2.2 核心工艺要求

1. 投料前手套箱内必须完成氮气置换，氧含量降至设定阈值后方可拆包投料；

2. 输送全程采用 99.99% 高纯氮气作为输送介质，系统内部维持微正压，防止空气渗入；

3. 输送过程全密闭，无粉尘外溢，物料残留率≤0.1%；

4. 可定制精准计量功能，投料计量精度误差≤±0.5%；

5. 系统具备安全联锁功能，氧含量、压力异常时自动报警并停机。

三、系统总体设计方案

3.1 系统整体架构

系统采用模块化集成设计，自上而下分为四大核心单元，各单元通过密闭管道与法兰无缝对接，形成完整的密闭惰性化输送链路：

1. 手套箱氮气置换投料单元：实现催化剂在无氧环境下的拆包、卸料与初投料；

2. 真空上料机负压输送单元：以负压气力输送为核心，实现催化剂的密闭提升与输送；

3. 纯氮气保护与循环单元：提供高纯氮气气源，实现全链路氧含量控制与压力平衡；

4. 可定制终点缓存与计量投料单元：物料缓存与精准计量，按工艺要求向反应釜 / 料仓定量投料。

3.2 工艺路线总览

催化剂原料包 → 手套箱过渡舱（氮气置换） → 手套箱主操作舱（无氧拆包卸料） → 接料斗 → 真空上料机（负压氮气输送） → 终点缓存料仓（氮气保护） → 计量喂料机 → 反应釜/目标设备

全程物料不接触外界空气，所有气路均与氮气系统连通，输送介质为循环高纯氮气，尾气经多级过滤后排放或闭环回用。

四、各单元详细技术说明

4.1 手套箱氮气置换投料单元

本单元为系统的投料前端，实现物料进入输送系统前的无氧环境转换与人工 / 半自动拆包作业。

4.1.1 结构组成

· 主操作舱：304/316L 不锈钢材质，内壁镜面抛光，配备耐丁腈橡胶手套操作接口、观察窗、内置照明；

· 过渡舱：物料传递专用过渡腔室，配置内外双门，带真空抽气口与氮气充气口；

· 真空系统：旋片式真空泵，抽气速率满足工艺节拍要求，极限真空度≤-0.09MPa；

· 氮气充注系统：高精度减压阀、流量调节阀，配套精密压力变送器；

· 氧含量在线监测仪：量程 0~21%，精度 ±0.1%，实时监测舱内氧浓度；

· 内置接料斗：拆包后物料暂存，下部对接输送管路，配置气动切断阀。

4.1.2 氮气置换工艺

采用真空置换法实现高效深度除氧，相比吹扫法节气 60% 以上：

1. 将催化剂料包放入过渡舱，关闭外舱门；

2. 启动真空泵抽至 - 5Kpa(可定制- 90Kpa手套箱)，停止抽气；

3. 充入 99.99% 高纯氮气至常压，完成 1 次置换；

4. 重复上述抽真空 - 充氮循环 2~3 次，过渡舱内氧含量可降至 100ppm 以下；

5. 打开内舱门，将物料移入主操作舱，主舱持续维持氮气微正压（50~100Pa），保证操作过程无氧环境。

4.2 真空上料机负压输送单元

本单元为系统的输送核心，采用普非森PFS-DA 系列真空上料机，以负压气力输送原理实现催化剂的全密闭提升与输送。

4.2.1 工作原理

通过罗茨风机（或真空发生器）在密闭管道系统内形成稳定负压场，在压差作用下，手套箱接料斗内的催化剂随高纯氮气流一同被吸入输送管道，输送至终点缓存料仓；气固分离后，物料落入料仓，含尘气体经滤芯过滤后排出，输送全程介质为氮气，无空气混入。

4.2.2 核心设备配置

· 主机型号：PFS-DA 系列真空上料机（根据产能选型）

· 输送能力：50~5000kg/h（可定制）

· 输送距离：水平最大 80m，垂直提升最大 30m

· 过滤系统：PTFE 覆膜钛金属烧结滤芯，过滤精度 0.2μm，杜绝超细催化剂粉体穿透；配套脉冲反吹系统，自动清理滤芯，保障输送稳定

· 输送管道：304/316L 不锈钢管，内壁镜面抛光 Ra≤0.8μm，减少物料粘壁残留；管道采用防静电接地设计

· 密封结构：全设备采用食品级氟橡胶密封件，耐氮气老化，泄漏率≤10⁻⁶Pa・m³/s

4.2.3 氮气保护输送设计

· 输送气源采用经干燥净化的高纯氮气，替代常规压缩空气，从源头上避免物料氧化；

· 输送管路关键节点设置氧传感器，实时监测输送气氧含量，超出阈值自动补氮并报警；

· 系统设置氮气补气回路，输送过程中动态补充氮气，维持管路内微正压，防止外界空气渗入。

4.3 终点缓存与计量投料单元

· 氮气保护缓存料仓：密闭结构，配置呼吸阀与氮气补气管，持续维持料仓内氮气氛围，氧含量实时监测；料仓配置高低料位计，实现输送自动启停。

· 高精度计量喂料机：采用失重式计量喂料或双螺杆容积式计量，针对超细粉体防架桥设计，投料精度≤±0.5%，满足催化剂精准投料要求。

· 反应釜对接接口：采用食品级耐磨软连接与釜口法兰密封对接，投料时自动检测釜内压力，通过氮气补气阀动态平衡压差，避免正压反喷或负压吸料不畅。

4.4 氮气保护与安全辅助单元

1. 氮气气源要求：氮气纯度≥99.99%，压力 0.4~0.6MPa，露点≤-40℃；可配套制氮机或瓶装氮气组。

2. 氧含量监测联锁：手套箱、输送管路、缓存料仓均设置氧含量变送器，数据接入 PLC，氧含量超标时自动报警、补氮，严重超标时紧急停机。

3. 压力监测与平衡：全系统设置多处压力变送器，实时监控各段压力，异常波动自动触发保护程序。

4. 静电导除系统：所有金属设备、管道均可靠接地，接地电阻≤4Ω，消除粉体输送过程中的静电积聚。

五、标准工艺流程与操作规范

5.1 开机准备

1. 检查氮气气源压力、纯度，确认各阀门处于待机状态；

2. 接通控制系统电源，启动 PLC 自检，确认各传感器、执行器正常；

3. 启动手套箱主舱氮气维持系统，确认舱内氧含量达标。

5.2 手套箱投料作业

1. 打开过渡舱外门，放入催化剂料包，关闭外门；

2. 启动过渡舱真空氮气置换程序，自动完成 3 次抽真空 - 充氮循环；

3. 置换完成后，打开内舱门，操作人员通过手套进行拆包卸料，物料落入下部接料斗；

4. 拆包完成后，关闭接料斗出口阀，物料等待输送。

5.3 负压输送与投料

1. 系统接收到输送指令后，启动真空上料机，同时打开氮气输送气路；

2. 接料斗出口阀自动开启，催化剂在负压作用下随氮气流输送至终点缓存料仓；

3. 输送完成后，真空上料机自动进行滤芯反吹清理；

4. 根据反应釜投料信号，计量喂料机自动启动，按设定参数精准投料至反应釜。

5.4 系统待机与清洗

1. 批次生产结束后，系统自动通入氮气进行管路吹扫，清空管路内残留物料；

2. 手套箱维持微正压氮气保护，系统进入待机状态；

3. 更换物料品种时，可采用氮气吹扫 + 真空抽吸的方式进行原位清洗，避免交叉污染。

六、安全与防爆设计

针对催化剂易燃易爆、易氧化的风险特性，系统构建多重安全防护体系，符合化工防爆区域使用要求：

1. 防爆等级设计：防爆区域内电气设备均采用Ex d IIB T4防爆认证，符合 ATEX 和 IECEx 国际防爆标准，适用于 ⅡB 类爆炸性气体环境。

2. 氮气惰化防爆：全程氮气氛围将氧含量控制在爆炸极限以下，从本质上消除粉尘爆炸条件。

3. 静电导除体系：设备、管道法兰间跨接导通，整机可靠接地，输送气速优化控制，减少静电产生。

4. 安全联锁控制：集成安全 PLC，实现氧含量超限、压力异常、料位超限等工况下的自动报警与紧急停机，响应速度达毫秒级。

5. 泄爆与隔爆配置：料仓等关键设备可选配泄爆片与隔爆阀，一旦发生异常可安全泄放压力，阻止火焰蔓延。

七、自动化控制系统

7.1 控制架构

采用PLC + 触摸屏的主控架构，可选配 DCS 对接与远程监控功能，实现全流程自动化运行。

7.2 核心控制功能

· 参数实时监控：氧含量、压力、温度、料位、输送流量等关键参数实时显示与记录；

· 自动程序控制：手套箱自动置换、输送自动启停、计量自动投料、滤芯自动反吹，全流程无人值守；

· 安全联锁保护：氧含量高限报警、超高压停机、低真空报警、电机过载保护等多重联锁；

· 数据追溯功能：生产数据自动存储，支持批次查询、报表导出，满足 GMP 与生产管理要求；

· 手动 / 自动切换：配备手动操作模式，方便调试与应急处理。

八、主要性能指标与验收标准

注：不同物料对应不同性能指标，以上仅供参考，以最终结束协议为准。

九、安装调试与服务保障

1. 现场安装：普非森专业工程团队负责设备安装、管路连接与气路调试，确保系统密封性与运行稳定性。

2. 运行调试：进行空载试车、负载试车与工艺参数优化，直至达到设计产能与性能指标。

3. 人员培训：对操作、维护人员进行理论与实操培训，确保独立操作与日常维护。

4. 售后服务：整机质保 1 年，终身技术支持；提供定期巡检、备件供应与工艺升级服务。

5. 定制化服务：可根据客户现场工况、物料特性与产能需求，提供一对一方案定制与设备改型服务。