تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - معرفی برخی از راکتورهای شیمیایی


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

بازدید : مرتبه
تاریخ : جمعه 4 اسفند 1391

راکتور بسته و نیمه بسته

راکتور بسته گونه ساده ای از راکتورهای شیمیایی هستند که به صورت مخزنی همراه با همزن و سیستم تبادل حرارت است. در این راکتورها مواد اولیه داخل راکتور پر می شود و سپس واکنش انجام می گیرد. پس از تکمیل واکنش و تولید محصول،درب راکتور باز شده و محصولات تخلیه می شوند. این فرآیند بارها و بارها قابل تکرار است. راکتورهای نیمه بسته نیز به همین صورت است با این تفاوت که در این نوع از راکتورها،مواد اولیه به آرامی به مخزن افزوده می شود اما خروجی از راکتور وجود ندارد. از راکتورهای بسته عمدتا در تولید محصول در ابعاد کم و محصولاتی که متقاضی مقطعی و یا فصلی دارند استفاده می شود. مواد مانند مواد دارویی از جمله موادی هستند که در سیستم های بسته تولید می شود. تغییر در شکل فرآیند با استفاده از راکتورهای بسته به مراتب آسانتر و به صرفه تر از فرآیند های پیوسته است. دانستن سینتیک و سازوکار فرآیند در راکتورهای بسته کم اهمیت تر است به همین سبب است که سینتیک عمده فرآیندهای داروسازی ناشناخته است. معادله عمومی راکتورهای بسته به شکل زیر تعریف می شود:

-r_A= \frac {-d[A]}{dt} \!\longrightarrow dt=\frac {d[A]}{-r_A} \!\longrightarrow

با انتگرال گیری از معادله دیفرانسیل بالا در شرایط مرزی زیر به معادله عمومی راکتور بسته بر حسب غلظت خواهیم رسید.

  • غلظت گونه A از [A]_0 تا [A]_0 که غلظت پایانی است، تغییر می کند.
  • زمان از لحظه 0 تا زمان کامل شدن واکنش (t) در تغییر است.
                         

  t=-\int_{[A]_0}^{[A]_f}\frac {d[A]}{-r_A} \,


  

راکتورهای پیوسته

راکتورهای پیوسته گونه ای متداول از راکتورها هستند که در آن ها یک یا چند جریان ورودی به سیستم،مواد واکنش دهنده را به داخل راکتور می آورد و پس از واکنش،از خروجی یا خروجی های راکتور،محصولات خارج می شوند. به طور معمول دبی ورودی و خروجی از این راکتورها ثابت است. در غیر این صورت امکان سر ریز و یا تخلیه سریع مخزن راکتور وجود دارد. در زیر معادله کلی موازنه راکتور پیوسته نوشته شده است:

Mass balance.JPG

این نوع راکتورها عمدتا برای تولید محصولات با حجم بالا و محصولاتی که میزان تقاضای آن ها به صورت ثابت در بازار وجود دارد استفاده می شود. مواد سوختی،محصولات پتروشیمی و مواد شوینده و بهداشتی از جمله این مواد هستند. ایجاد تغییرات در راکتورهای پیوسته به دلیل این که در فرآیند های پیوسته باید همه فرآیند ها با یکدیگر هماهنگ کار کنند به مراتب سخت تر از راکتورهای بسته است. به همین دلیل از این نوع از راکتورها در تولید یک محصول یا محصولاتی که تولید آن شباهت زیادی به هم دارند استفاده می شود. دو نوع متداول از راکتورهای پیوسته،راکتورهای مخزنی با همزن و راکتورهای پلاگ (یا لوله ای) هستند:

  • راکتور پلاگ
نوشتار اصلی: راکتور پلاگ
طرح شماتیک از مقطع فرضی یک راکتور پلاگ

راکتورهای پلاگ گونه ای از راکتورهای پیوسته هستند که در آن ها به جای یک مخزن یا تانک،از یک لوله برای انجام واکنش استفاده می شود. این نوع راکتورها نسبت به شکل مخزنی آن،فضای کمتری اشغال می کنند. در عین حال به دلیل ساختار لوله ای،سطح تماس بیشتری با محیط اطراف داشته و تبادل گرما راحت تر انجام می شود. جریان پلاگ گونه ای از جریان سیال در داخل لوله است که در آن سرعت حرکت سیال در نزدیکی دیواره لوله و در مرکز لوله یکنواخت است. این امر موجب می شود مواد واکنش دهنده به طور یکنواخت با یکدیگر تماس یافته و واکنش انجام شود. این نوع از جریان با لوله های بلند و باریک ایجاد می شود. همچنین مارپیچ کردن لوله نیز می تواند به این امر کمک کند.معادله عمومی راکتور های پلاگ به صورت زیر تعریف می شود:

 \frac {V_P}{q} \!=-\int_{[A]_0}^{[A]_f}\frac {d[A]}{-r_A} \,

در این معادله،q نشان دهنده دبی حجمی و V_P نشان دهنده حجم راکتور پلاگ است.

همچنین رابطه زمان اقامت در این نوع راکتور پیوسته به صورت زیر است:

{\tau}_P={C_A}_0\frac {V_P}{{F_A}_0} \!=\frac {V_P}{q} \!

در این رابطه {C_A}_0 نشان دهنده غلظت اولیه خوراک ورودی به راکتور و {F_A}_0 نشان دهنده دبی جرمی خوراک ورودی است.

  • راکتورهای مخزنی با همزن
نوشتار اصلی: راکتور سی اس تی آر
داخل یک نوع راکتور سی اس تی آر که در آن همزن و شفت آن به همراه بافل ها(پایین تصویر) دیده می شوند

راکتورهای مخزنی با همزن که به اختصار راکتورهای سی اس تی آر نیز شناخته می شوند. این راکتورها به صورت مخازنی همراه با ورودی ها و خروجی ها هستند که عمل اختلاط و همزدن مواد توسط شفت و پروانه صورت می گیرد. این نوع راکتورهای پیوسته در مقایسه با راکتورهای پلاگ حجم بیشتری نیاز دارند اما حجم تولید در آن ها بالاتر است. معادله عمومی راکتور برای این نوع از راکتور بر حسب غلظت به صورت زیر تعریف می شود:

 \frac {V_m}{q} \!=\frac {{C_A}_0}{{-r_A}_{({C_A}_f)}} \,

در این معادله، V_m نشان دهنده حجم راکتور سی اس تی آر است. باید توجه داشت که در این زابطه،سرعت معادله در نقطه پایانی واکنش ({C_A}_f) محاسبه می شود.

زمان اقامت در این نوع راکتور نیز مشابه راکتور پلاگ به صورت زیر قابل تعریف است:

{\tau}_m={C_A}_0\frac {V_m}{{F_A}_0} \!=\frac {V_m}{q} \!

راکتورهای ثابت بستر و سیال بستر

نوشتار اصلی: رآکتور بستر شناور

گونه دیگری از راکتورها ،راکتورهای ثابت بستر و سیال بستر هستند. در راکتورهای ثابت بستر ماده جامد که معمولا کاتالیست می باشد، به طور ثابت داخل راکتور قرار دارد و مواد واکنش دهنده پس از عبور از روی این مواد، واکنش داده و از راکتور خارج می شوند.راکتورهای آکنده نمونه ای از این نوع راکتورها هستند. فرآیند هیدروژنه کردنهیدروکربن های شامل پیوند های دوگانه با استفاده از کاتالیست های نیکل، پلاتین و پالادیوم نمونه هایی از کاربرد این نوع راکتور است. در راکتورهای سیال بستر مواد جامد با جریانی از سیال در داخل راکتور به صورت معلق در می آیند.این مواد جامد می توانند واکنش دهنده ها، کاتالیستها و یا بازدارنده ها باشند. این فرآیند موجب افزایش انتقال جرم وحرارت در راکتور و اختلاط کامل تر اجزا می شود. از دیگر مزایای این نوع راکتور امکان خارج کردن جامد از راکتور به صورت پیوسته و انتقال به واحد دیگر است.به عنوان نمونه هنگامی که احیا دوباره بازدارنده ها و کاتالیست ها نیاز باشند، می توان آن ها را به این ترتیب از راکتور خارج و به واحد بازیابی منتقل کرد.




طبقه بندی: طراحی راکتور، 
ارسال توسط محمد اسکندری
آرشیو مطالب
نظر سنجی
بنظر شما در میان رشته های ریاضی کدام رشته بهتر است؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ