腐蚀性化学反应器的光纤接口设计

原位过程探测的挑战

部署在线近红外 (NIR) 光谱仪来实时跟踪化学反应需要将光学探针直接插入反应器环境中。与在环境条件下将样品保存在玻璃比色皿中的实验室测量不同，化学和制药加工反应器面临着极端的挑战：温度超过 250°C、压力高达 100 bar、有机溶剂、腐蚀性酸/碱和研磨浆料。

如果过程接口出现故障，可能会导致有毒化学品泄漏、过程关闭或灾难性的压力损失。因此，设计一个强大的过程接口对于在线光谱学来说与光谱仪的干涉仪引擎本身一样重要。优化这些流程是我们的核心重点ProChem 软件套件，控制计量阀和原木混合均匀度。优化这些流程是我们的核心重点ProChem 软件套件，控制计量阀和原木混合均匀度。

“光谱模型的好坏取决于光线到达传感器的情况。要在恶劣的工艺循环中生存，需要选择能够抵抗物理磨损和化学侵蚀的材料。”

光学：蓝宝石晶体的力量

标准光学玻璃或石英窗在热碱性溶液或氢氟酸回路中迅速溶解或腐蚀。为了保护内部透镜组件，USTECH 在所有反应堆探头中均采用单晶蓝宝石窗口。蓝宝石具有出色的物理和光学特性：

• 化学惰性：耐几乎所有的酸、碱和有机溶剂，甚至在高达 1000°C 的温度下也是如此。
• 机械硬度：蓝宝石的莫氏硬度为 9 级（仅次于钻石），可抵抗高速催化剂颗粒和结晶浆料的刮擦。
• 宽广传输：在整个近红外波长范围（1000 至 2600 nm）内具有高光学透射率，且零散射。

冶金与密封技术

探头主体必须能在与反应堆容器相同的化学环境中生存。 USTECH 使用与反应器化学成分相匹配的耐腐蚀高温合金制造过程探针套管：

合金牌号	耐腐蚀概况	推荐应用
不锈钢316L	标准有机溶剂、弱酸、乳制品/食品洗涤化学品	一般石化循环、食品加工、生物柴油合成
哈氏合金C276	对湿氯气、次氯酸盐和强无机酸（盐酸、硫酸）具有高耐受性	氯化反应器、酸酯化、有机合成回路
2 级钛	优异的耐盐水、硝酸和氧化环境性能	海洋应用、硝酸加工、二氧化氯反应器

为了将蓝宝石窗口密封到金属尖端中，USTECH 使用专有的钎焊技术，使用金镍合金将蓝宝石密封到金属上，或采用带有金属对金属背衬的高温Kalrez 弹性体密封件。即使在热循环下，也能在高达 150 bar 的压力下防止泄漏。

热保护：金属包层光纤电缆

光必须从植物墙上的光谱仪传播到反应器中的探头并返回。标准聚合物护套二氧化硅纤维在加热下会降解，并且容易受到氢变黑的影响。 USTECH 使用镀金二氧化硅纤维，并由不锈钢柔性导管保护。金属金涂层可防止湿气和氢气扩散到二氧化硅核心中，确保在高温反应堆环境中信号衰减较低并具有较长的使用寿命。

结论

通过将高透射蓝宝石窗口与哈氏合金冶金和金属包覆光纤电缆配对，USTECH 的工艺接口允许 FT-NIR 光谱仪直接在腐蚀性反应环境中运行。这种稳健的设计为操作员提供了来自反应器核心的实时化学数据，而不会影响安全性或过程完整性。