مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - مطالب طراحی راکتور


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} \,


  


((ادامه مطلب))
طبقه بندی: طراحی راکتور، 
ارسال توسط محمد اسکندری
انتقال حرارت در راکتور
انتقال حرارت فرآیند چه از نظر عملیاتی و چه از نظر ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار است. عمده واکنش های شیمیایی یا گرماده هستند و یا گرماگیر. در نتیجه در حین انجام واکنش ممکن اسن محتویات درون راکتور گرم شده و یا دچار کاهش دما شوند. بالا رفتن بیش از حد دما در راکتور می تواند موجب اختلال در عملکرد راکتور و تجهیزات کنترلی آن شود و از همه مهمتر، ریسک خطر انفجار و نشت مواد را بالا می برد. همچنین در صورتی که واکنش گرماگیر باشد،با پیشرفت واکنش محتوایات راکتور سردتر می شود و ممکن است موجب کندی سرعت واکنش و یا انجماد در راکتور و تجهیزات آن شود. در نتیجه می بایست در راکتورها،همواره دما را در حد مناسب و ایمن نگه داشت. برای این منظور از مبدل ها و تجهیزات انتقال حرارت استفاده می شود. یکی از متداول ترین روش ها برای کنترل دمای راکتورها استفاده از جاکت و یا کویل های تبادل حرارت است. در جاکت ها ،یک لایه از سیال با دمای بالاتر و یا پایین تر برای تنظیم دما،در اطراف راکتور و بدون تماس جرمی با محتویات راکتور،مرتبا در چرخش است. در روش کویل نیز لوله هایی که حاوی سیال سردتر و یا گرم تر است به صورت مارپیچ و یا اشکال دیگر در اطراف راکتور قرار داده می شود تا تبادل حرارت با راکتور انجام شود.

میکسینگ و انتقال جرم در راکتور

فرآیند هم زدن و انتقال جرم در راکتورها از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا در صورتی که محتویات داخل راکتور به خوبی ترکیب نشوند،امکان واکنش ندادن بخشی از مواد و در نتیجه پایین آمدن کیفیت محصول می شود. عمل همزدن در راکتورهای مخزنی شکل،با استفاده از همزن های دوار که به شفت و الکتروموتور متصل است انجام می شود. در راکتورهای لوله ای(پلاگ) نیز به دلیل شکل راکتور، عمل اختلاط در طول لوله با حرکت سیال اتفاق می افتد. شکل ،نحوه قرار گیری و سرعت چرخش همزن بستگی به عواملی چون،حجم مخزن،شکل مخزن،ویسکوزیته سیال و ... دارد. همچنین انتخاب جنس همزن و بدنه راکتور به مواد داخل راکتور بستگی دارد. مثلا اگر مواد داخل راکتور خورنده باشند، استفاده از فولاد و موادی که امکان خورده شدن در آن وجود دارد، غیر منطقی است.



طبقه بندی: طراحی راکتور، 
برچسب ها: انتقال حرارت در راکتور و میکسینگ و انتقال جرم در راکتور، انتقال حرارت در راکتور، میکسینگ و انتقال جرم در راکتور،
ارسال توسط محمد اسکندری
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.




((ادامه مطلب))
طبقه بندی: طراحی راکتور، 
برچسب ها: مفاهیم بنیادی راکتورها، معادله راکتور، زمان اقامت، زمان نیمه عمر و زمان پایان واکنش،
ارسال توسط محمد اسکندری
بازدید : مرتبه
تاریخ : جمعه 4 اسفند 1391
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.



ادامه مطلب
طبقه بندی: طراحی راکتور، 
برچسب ها: مفاهیم واکنش های شیمیایی، ترمودینامیک واکنش، ترمودینامیک شیمیایی، اثر کاتالیزورها و بازدارنده ها بر واکنش، انواع واکنش ها، سینتیک واکنش،
ارسال توسط محمد اسکندری
بازدید : مرتبه
تاریخ : جمعه 4 اسفند 1391
راکتور شیمیایی یا واکنشگاه شیمیایی وسیله ای است که در آن یک واکنش شیمیایی انجام می شود و طی آن مواد اولیه خام به محصولات تبدیل می شوند. طراحی و بهره برداری از راکتورهای شیمیایی از جمله مهمترین وظایف متخصصینصنایع شیمیایی از جمله مهندسین شیمی است. طراحی راکتور شیمیایی نیازمند شناخت درست از واکنش شیمیایی انجام گرفته در راکتور است و برای این منظور تسلط بر علومی چون ترمودینامیک شیمیایی، سینتیک شیمیایی و ریاضیات ضروری است. راکتورهای شیمیایی می توانند در ابعاد بزرگ و برای مصارف صنعتی و یا در ابعاد کوچک جهت کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی ساخته و تولید شوند. همچنین جنبه های اقتصادی نیز بر طراحی بهینه راکتور تاثیر گذار است. از جمله صرف هزینه کمتر برای طراحی راکتور کاراتر و کوچکتر،صرف انرژی کمتر برای تولید محصول بیشتر،رساندن مواد اولیه به بیشترین درصد تبدیل و بالا بردنراندمان فرآیند و ... .در طراحی راکتورها پارامترهای زیادی از جمله:زمان اقامت(τ)،حجم(Vدما(Tفشار(Pغلظت گونه های شیمیایی(C1, C2, C3, ... Cn)،ضریب انتقال حرارت (hU) ، سرعت واکنش (r)و ... ،دخالت دارند. راکتورهای شیمیایی بر اساس نوع واکنش و موارد کاربرد در اشکال مختلف و با جزئیات خاص طراحی می شوند که پیچیدگی آن ها را زیاد می کند. اما می توان راکتورها را در چند دسته بزرگ و کلی از جمله راکتورهای پیوسته و ناپیوسته،راکتورها سیال بستر و یا ثابت بستر،راکتورهای لوله ای و مخزنی و یا راکتورهای همگن و ناهمگن،طبقه بندی کرد. رفتار راکتورها معمولا با معادلاتی موسوم به معادله راکتور مطرح می شود که برای گونه های مختلف راکتور متفاوت بوده و رابطه ریاضیاتی بین پارامترهای موثر در راکتور را بیان می کند.

ادامه مطلب
طبقه بندی: طراحی راکتور، 
برچسب ها: راکتور، انواع راکتور، انواع راکتور از نظر فازهای درگیر در واکنش، راکتور چیست؟، راکتور شیمیایی چیست؟،
ارسال توسط محمد اسکندری
آرشیو مطالب
صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ

ساخت وبلاگ در میهن بلاگ

شبکه اجتماعی فارسی کلوب | اخبار کامپیوتر، فناوری اطلاعات و سلامتی مجله علم و فن | ساخت وبلاگ صوتی صدالاگ | سوال و جواب و پاسخ | رسانه فروردین، تبلیغات اینترنتی، رپرتاژ، بنر، سئو