تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - مفاهیم بنیادی راکتورها


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

بازدید : مرتبه
تاریخ : جمعه 4 اسفند 1391
راکتورهای شیمیایی محلی برای انجام یک واکنش شیمیایی هستند. راکتورها می توانند جهت تولید انبوه مواد شیمیایی،دارویی و مواد پتروشیمی و در واحد های صنعتی بزرگ به کار گرفته شوند و یا جهت انجام مطالعات و تحقیقات و در ابعاد کوچک به کار بروند. طراحی راکتورها با توجه به مکانیسم واکنش و همچنین نوع واکنش و فاز مواد درگیر در واکنش متفاوت است. در طراحی راکتورهای شیمیایی برخی از پارامترها مانند دما، فشار و دبی مواد ورودی و خروجی،توسط طراح قابل تغییر است. اما برخی پارامتر ها مانند ماهیت واکنش اعم از سرعت واکنش،گرماگیر یا گرماده بودن، ایجاد گاز و یا تغییر در حجم مواد،از جمله مواردیست که به طبیعت واکنش مربوط بوده و در اختیار طراح قرار ندارد. از مجموع این موارد می توان نتیجه گرفت که راکتورها در اشکال پیوسته و یا بسته،بستر ثابت و یا بستر متلاطم،تحت فشار یا در فشار اتمسفری و یا با اثر کاتالیست و یا بدون اثر کاتالیست طراحی می شوند. برخی از پارامتر هایی که تقریبا در تمام راکتورها مطرح بوده و حائز اهمیت به جهت شناخت راکتور و عملکرد آن است، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
معادله راکتور

معادله راکتور رابطه ریاضیاتی است که پارامتر های مربوط به راکتور مانند زمان اقامت و حجم راکتور را به سرعت واکنش، نشان می دهند.این معادلات می توانند به صورت عمومی برای دسته ای خاصی راکتورها مطرح شوند و یا به صورت تجربی برای گونه خاصی از راکتور به دست بیایند.


زمان اقامت،زمان نیمه عمر و زمان پایان واکنش

در راکتورهای پیوسته که به طور مداوم مواد خام وارد و محصولات خارج می شوند،نمی توان زمان مشخصی برای انجام واکنش وتبدیل مواد اولیه به محصول بیان کرد. در نتیجه از کمیتی به نام زمان اقامت استفاده می شود. زمان اقامت متوسط زمانی است که یک ذره وارد راکتور شده و تا زمان خروج در آنجا در حال واکنش است. این کمیت به صورت زیر نشان داده می شود:

\tau = \frac{V}{q}

در این معادله، V نشان دهنده حجم راکتور،q دبی حجمی ورودی و خروجی از راکتور و \tau زمان اقامت است. زمان اقامت یکی از پارامترهای مورد استفاده در معادله راکتور است.

زمان نیمه عمر مدت زمانی است که نیمی از غلظت ماده اولیه تزریق شده در راکتور،به محصولات تبدیل می شوند. به عنوان مثال در واکنش ساده A\longrightarrow B نیمه عمر واکنش به صورت زیر تعریف می شود:

-r_A=k[A]^n \longrightarrow \frac {-d[A]}{dt} \!=k[A]^n\longrightarrow \frac {-d[A]}{[A]^n} \!=kdt

از این رابطه با در نظر گرفتن شرایط مرزی زیر انتگرال می گیریم:

  • غلظت گونه A از [A]_0 تا [A]_\frac {1}{2} \! که نصف غلظت اولیه است، تغییر می کند.
  • زمان از لحظه 0 تا زمان نیمه عمر (t_\frac {1}{2} \!) در تغییر است.

 	\int_{[A]_0}^{[A]_\frac {1}{2} \!}\frac {-d[A]}{[A]^n} \, =\int_{0}^{t_\frac {1}{2} \!}kt\, dt\longrightarrow \frac {(-\frac {[A]_0}{2} \!)^{1-n}}{1-n} \!+\frac {[A]_0^{1-n}}{1-n} \!=kt_\frac {1}{2} \!\longrightarrow

 t_\frac {1}{2} \!=\frac {[A]_0^{1-n}}{2k(1-n)}

همچنین زمان پایان واکنش به شیوه مشابه به صورت زیر به دست می آید. باید توجه داشت که تنها واکنش هایی پایان پذیر هستند که در آن ها n<1 باشد،در غیر این صورت همواره مقادری از مواد اولیه در راکتور به صورت واکنش نداده باقی می ماند.


-r_A=k[A]^n \longrightarrow \frac {-d[A]}{dt} \!=k[A]^n\longrightarrow \frac {-d[A]}{[A]^n} \!=kdt

از این رابطه با در نظر گرفتن شرایط مرزی زیر انتگرال می گیریم:

  • غلظت گونه A از [A]_0 تا [A]=0 که به معنی صفر شدن غلظت مواد اولیه است، تغییر می کند.
  • زمان از لحظه 0 تا زمان پایان واکنش (t_{end}) در تغییر است.

 	\int_{[A]_0}^{0}\frac {-d[A]}{[A]^n} \, =\int_{0}^{t_{end}}kt\, dt\longrightarrow \frac {(0)^{1-n}}{1-n} \!+\frac {[A]_0^{1-n}}{1-n} \!=kt_{end}\longrightarrow

 t_{end}=\frac {[A]_0^{1-n}}{k(1-n)}





طبقه بندی: طراحی راکتور، 
برچسب ها: مفاهیم بنیادی راکتورها، معادله راکتور، زمان اقامت، زمان نیمه عمر و زمان پایان واکنش،
ارسال توسط محمد اسکندری
آرشیو مطالب
نظر سنجی
میخواین کجا کار کنین؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ