تحقیق در مورد طبقه بندی راکتورهای صنعتی

فرمت فایل :word (لینک دانلود پایین صفحه) تعداد صفحات 45 صفحه

طبقه بندی راکتورهای صنعتی

هدف از ارائه این فصل بررسی انواع راکتورهای صنعتی باشرح مختصری از مشخصات و امتیازها و محدودیت آنها می باشد. دراین فصل راجع به راکتور ناپیوسته (Batch) – نیمه پیوسته (semi-Batch) – مخلوط شونده (CSTR) -  وبستر ثابت (Fixed bed) – وبستر سیال (Fluidized bed) خواهیم پرداخت.

راکتور ناپیوسته (Batch)

از دیدگاه تاریخی راکتورهای ناپیوسته از آغاز صنعت شیمیایی مورد استفاده بوده است و هنوز هم به صورت وسیعی در تولید مواد شیمیایی باارزش افزودنی بالا نظیر داروسازی مورد استفاده می باشد. راکتورهای ناپیوسته در موارد ذیل استفاده می گردد:

تولید در مقیاسهای کوچک صنعتیآزمایش کردن فرآیندهای ناشناختهتولید صنعتی محصولات گرانقیمتبرای محصولاتی که تولید صنعتی آنها در شرایط مداوم مشکل باشد.

امتیاز راکتورهای ناپیوسته (Batch) در این است که بادادن زمان لازم برای انجام واکنش مواد اولیه با درصد تبدیا بالا به محصولات موردنظر تبدیل می گردند. در حالیکه استفاده ازاین راکتورها محدود به واکنشهای متجانس فاز مایع می باشد. از دیگر محدودیتهای این نوع راکتورها بالا بودن هزینه تولید در واحد حجم محصول تولید شده می باشد (به دلیل بالا بودن زمان سیکل) و همچنین تولید صنعتی در مقیاس بالا در اینگونه راکتورها مشکل است. شکل (1-4) یک راکتور ناپیوسته را نشان می دهد.

همانطوریکه در شکل ملاحظه می گردد مواد ترکیب شونده از طریق دهانة ورودی به راکتور وارد می گردند.

***

راکتور نیمه پیوسته (semi-Batch)

این نوع راکتور در شکل زیر نشان داده شده است. راکتور نیمه پیوسته نیز همان محدودیت های راکتور ناپیوسته را دارد. از امتیازات راکتورهای نیمه پیوسته کنترل خوب حرارت و کنترل واکنشهای نامطلوب و محدود کردن تولید محصولات ناخواسته می باشد. این عمل از طریق وارد کردن تدریجی یکی از اجزاء ترکیب شونده با غلظت کم میسر می گردد.

راکتورهای نیمه پیوسته برای واکنشهای دوفازی که یکی از اجزاء ترکیب شونده گازی باشد مورد استفاده قرار می گیرد و جزء گازی به صورت حباب بداخل فاز مایع درون راکتور تغذیه می گردد.

***

راکتور مخلوط شونده (CSTR   Mixed)

راکتور مخلوط شونده در شرایطی که یک واکنش شیمیایی احتیاج به همزدن شدید داشته باشد مورد استفاده قرار می گیرد. راکتور مخلوط شونده یا به تنهایی و یا مطابق شکل (3-4) بصورت پشت سرهم متصل می گردند. کنترل حرارتی در این نوع راکتورها به آسانی انجام می گیرد.

یکی از محدودیت های این نوع راکتورها درصد تبدیل پایین تر آنها در واحد حجم محصول تولیدی در مقایسه با سایر راکتورهای سیستم باز می باشد. به همین دلیل حجم راکتور مذکور را باید خیلی بزرگ انتخاب کد تا به درصد تبدیل بالا دست یافت . راکتورهای Mixed  برای اغلب واکنشهای متجانس در فاز مایع استفاده می شود.

***

راکتور لوله ای (Plug)

در صنایع شیمیایی برای فرآیندهای با مقیاس بزرگ معمولاً از راکتورهای لوله ای استفاده می شود. زیرا نگهداری سیستم راکتورهای لوله ای آسان می باشد (چون دارای قسمت های متحرک نیستند) و معمولاً بالاترین درصد تبدیل مواد اولیه در واحد حجم راکتور را در مقایسه با سایر راکتورهای سیستم جاری دارا هستند.

از محدودیت های این نوع راکتورها مشکل کنترل حرارتی برای واکنهشای گرمازاست که بسیار سریع عمل می کنند و نهایتاً منجر به تشکیل نقاط داغ (Hot spot) می گردند.

راکتورهای لوله ای بصورت تک لوله ای بوده و یا بصورت مجموعهای از چندین لوله کوتاهتر که با اتصال موازی مطابق شکل (4-4) به یکدیگر متصلند مورد استفاده قرار می گیرند. اغلب واکنشهای متجانس گازی در این نوع راکتورها انجام می گیرد.

***

راکتور بستر ثابت (Fixed bed reactor)

راکتورهای بسترثابت در واقع همان راکتورهای لوله ای پرشده از دانه های جامد کاتالیزور هستند (شکل 5-4). واکنشهای غیرمتجانس از نوع گازی و کاتالیزوری در این نوع راکتورها انجام می گیرد. از معایب این نوع راکتورها عدم کنترل حرارتی و مشکل جایگزینی کاتالیزور بعد از غیرفعال شدن آن می باشد.

***

همچنین بعضی اوقات پدیدة کانالیزه شدن موادگازی در حین عبور از درون راکتور باعث کاهش زمان اقامت لازم برای انجام واکنش می شود که این خود یکی دیگر از محدودیت های این نوع راکتور است. امتیاز این نوع راکتورها درصد تبدیل بالای آن در واحد وزن کاتالیزور مصرف شده در مقایسه با سایر راکتورهای کاتالیزوری می باشد.

راکتور بستر سیال (Fluidized – bed reactor)

نوع دیگری از راکتورهای کاتالیزوری- راکتور بستر سیال می باشد (شکل 6-4). در راکتور بستر سیال همانند راکتور مخلوط شده محتویات داخل راکتور اگرچه غیرمتجانس هستند ولی به خوبی بایکدیگر مخلوط شده و باعث توزیع یکنواخت دما در تمام نقاط راکتور می گردند.روش مدلسازی این نوع راکتورها از راکتورهای مخلوط شونده و لوله ای متفاوت است و مدل ریاضی خاص خود را دارا هستند. به دلیل توزیع مناسب حرارت در داخل این نوع راکتورها مشکل نقاط داغ وجود ندارد.

از دیگر مشخصات این نوع راکتورها توان پروسس کردن خوراک ورودی به مقدار زیاد و بعضاً جامد را می توان نام برد. بدلیل ظرفیت بالا و کنترل حرارتی خوب این نوع راکتورها کاربردهای صنعتی زیادی پیدا کرده اند.