تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - مفاهیم واکنش های شیمیایی


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

واکنش شیمیایی فرآیندیست که طی آن یک یا چند ماده به مواد دیگر تبدیل می شوند. مواد اولیه موادی با ارزش اقتصادی کمتر می باشند و در عوض محصولات موادی با ارزش بالاتر است. درک سینتیک و ساز و کار واکنش یکی از نکات مهم در طراحی راکتورهای صنعتی است. معادله سرعت،تعادلی بودن یا نبودن،فاز مواد درگیر در واکنش (جامد، مایع، گاز و یامحلولگرماگیر یا گرماده بودن و همچنین اثر کاتالیزور بر واکنش، از جمله مهمترین نکاتیست که در طراحی راکتور هائز اهمیت است.

سینتیک واکنش

سینتیک واکنش شیمیایی عبارت است از بررسی ساز و کار انجام یک واکنش شیمیایی. علم سینتیک شیمیایی به طور کامل به نحوه انجام واکنش،واکنش های جانبی ،مواد واسط تولیدی و بسیاری از جزئیات یک واکنش می پردازد. سرعت واکنش و بستگی آن به غلظت گونه های درگیر در واکنش با استفاده از رابطه‌ای به نام معادله سرعت بیان می شود. به طور کلی تغییر غلظت  گونه‌ای موجود در واکنش در زمان معین را سرعت واکنش نسبت به آن ماده تعریف می کنند مثلا برای واکنش ساده A\longrightarrow B معادله سرعت به صورت زیر است:

r_A=\frac{d[A]}{dt}

معادله سرعت واکنش را می توان به شکل زیر هم بازنویسی کرد،باید توجه داشت که در معادله زیر علامت منفی به طور قرار دادی نشان دهنده مصرف گونه A است. به همین ترتیب برای تولید گونه B از علامت مثبت استفاده می شود.

-r_A=k[A]^n

در این معادله k عددی ثابت است که به ثابت سرعت واکنش معروف است و عدد k بزرگتر نشان دهنده واکنش سریع تر است. همچنین n میزان بستگی سرعت واکنش به غلظت گونه ها را نشان می دهد و به درجه واکنش معروف است. این پارامتر معمولا عددی بین صفر تا 3 است. روش های گوناگونی برای به دست آوردن این معادلات وجود دارد اعم از روش های تئوری و یا استفاده از داده های آزمایشگاهی.

ترمودینامیک واکنش

بررسی واکنش ها از نظر انرژی ،در حوضه مباحث ترمودینامیک شیمیایی است. گرماگیر و یا گرماده بودن واکنش و میزان انرژی تبادل شده در واکنش از نکات مهم در این علم است. اهمیت این مسئله از آن جهت است که برای راکتورها می باید سیستم های گرمایش و یا سرمایش طراحی شود تا تبادل انرژی به خوبی انجام شود. وجود هر نوع اشکال و یا محاسبات ناردست در سیستم تبادل انرژی موجب اخلال در انجام واکنش،کیفیت محصول،مقدار محصول و حتی خطر جانی و مالی می شود. به عنوان نمونه در واکنش های گرماده شدید،در صورتی که گرمای تولید شده در واکنش به خوبی تبادل نشود،به سبب افزایش بی رویه دما و فشار داخل راکتور ، ایجاد انفجار می کند.

اثر کاتالیزورها و بازدارنده ها بر واکنش

کاتالیزورها موادی هستند که با دخالت در واکنش و تغییر مسیر واکنش،سرعت واکنش را بالا می برند. از کاتالیست ها در واکنش هایی که در شرایط معمول با سرعت پایین انجام می شوند استفاده می شود. در نقطه مقابل مواد دیگری به نام بازدارنده ها وجود دارند که مانند کاتالیست هستند با این تفاوت که افزودن آن به واکنش موجب کندی و حتی توقف واکنش می شود. بازدارنده ها به طور ویژه در صنایع پلیمر و برای کنترل فرآیند های پلیمراسیون در راکتور کاربرد دارد. کاتالیست ها و بازدارنده ها می توانند به صورت همگن با فاز مواد درگیر در واکنش مصرف شوند که به واکنش های کاتالیستی همگن معروف هستند. واکنش هایی که کاتالیست و مواد درگیر در واکنش در یک فاز قرار ندارند به واکنش های کاتالیستی ناهمگن معروف هستند.

این مواد معمولا با در صد بسیار پایین و به اشکال مختلف در فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند. ممکن است کاتالیست یا بازدارنده به صورت ثابت در راکتور قرار داشته باشد و مواد واکنش دهنده پس از تماس با آن خارج شوند. در نقطه مقابل ممکن است این مواد به صورت پودر یا اشکال دیگر به داخل راکتور تزریق و سپس از آن خارج شوند. به عنوان نمونه در فرآیند کراکینگ کاتالیزوری سیال بستر،کاتالیست زئولیت به صورت پودر به داخل راکتور تزریق می شود. پس از اشباع شدن کاتالیست ،همراه با فرآورده ها از فرآیند خارج و پس از جداسازی و بازیابی مجددا به داخل راکتور تزریق می شود. به این ترتیب این چرخه دائما ادامه پیدا می کند و کاتالیست در فرآیند مرتبا در گردش است.


انواع واکنش ها

واکنش های شیمیایی نیز خود در دسته های مختلف طبقه بندی می شوند که شناخت آن در جهت طراحی راکتور مناسب، ضروری است. از جمله این واکنش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • واکنش های تعادلی:در این دسته از واکنش ها واکنش به صورت رفت و برگشتی بوده و هیچگاه غلظت مواد اولیه به صفر نمی رسد. واکنش های تعادلی با تغییر در فشار ،دما و غلظت گونه ها دچار تغییر می شود که از همین عوامل می توان در بهینه کردن فرآیند تولید بهره برد. رفتار واکنش های تعادلی با اصلی به نام اصل لوشاتلیه بررسی می شود.

A\leftrightharpoons B

  • واکنش های رقابتی:در این واکنش ها یک یا چند واکنش جانبی که منجر به تولید مواد بلاستفاده می شود،در کنار واکنش اصلی رخ می دهد. در این نوع واکنش ها باید پارامترهای فرآیند طوری طراحی شود که بیشترین مقدار ممکن از ماده مطلوب تولید شود.

\begin{cases}
A\longrightarrow B \\
A\longrightarrow C
\end{cases}



آرشیو مطالب
نظر سنجی
میخواین کجا کار کنین؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ