1398/02/11 بدون نظر راکتور

راکتور چیست؟

راکتور از جمله تجهیزاتی است که برای تولید مواد شیمیایی از مواد پایه دیگر استفاده می‌شود. در واقعا راکتور دستگاهی است که موادی با درصد مشخص وارد آن شده و ماده یا مواد جدیدی در آن تولید می‌شود. به طور کلی فرآیند واکنشی که قرار است منجر به تولید محصولی شود در راکتوری که با توجه به فرآیند مورد نظرطراحی شده است انجام می‌شود. راکتورها انواع مختلقی دارند و شاید با شنیدن اسم راکتور اولین چیزی که به ذهن کسی برسد راکتورهای هسته ای است که واکنش های برای تولید مواد هسته‌ای در آن انجام می‌شود. برای توضیح ساده‌تر راکتور می‌توان یک بایوراکتور را مثال زد که بسیار با آن مواجه بودیم. ظرف تولید ماست می‌تواند یک بایو راکتور باشد که ابتدا شیر وارد آن شده و سپس مایه اولیه تولید ماست به آن اضافه می‌شود و در نهایت محصولی به نام ماست تولید می‌شود. این محصول در یک بایوراکتور انجام می‌شود و دلیل نامگذاری این است آن است که دلیل اصلی پیش برنده واکنش باکتری‌های زنده ای هستند که واکنش را برای تولید ماست جلو می‌برند.

طراحی راکتور

در واقع راکتورهای صنعتی به دلیل اینکه با مواد حساس‌تری سر و کار دارند نیازمند طراحی حرفه‌ای و تخصصی هستند. طراحی راکتورهای صنعتی که واکنش‌های شیمیایی در آن انجام می‌شود شامل دو مرحله طراحی فرآیندی و طراحی مکانیکی است. طراحی فرآیندی، مشخص کننده توع موادی است که وارد راکتور شده، در مدت زمان خاصی تبدیل به محصولات می‌شود. سپس طراحی مکانیکی انجام می‌شود که ابعاد و تجهیزات و مشخصات دستگاهی که قرار است ساخته شود در آن مشخص می‌شود.

طراحی انواع راکتورهای شیمیایی
طراحی راکتور شیمیایی

اجزای راکتور

اجزای اصلی راکتور شامل محفظه واکنش، همزن، سیستم گرمایشی، شیرآلات، تجهیزات ابزار دقیق، ورودی ها و خروجی ها و الکتروموتور و  بعضی از موارد انتخابی و اختیاری دیگر است که در واقع تمام اجزای آن نیازمند طراحی است.

بدنه راکتور

برای انجام واکنش های شیمیایی علاوه بر واکنش گرها، احتیاج به فضایی داریم تا واکنش در آن انجام شود. در این فضا امکان کنترل شرایط و به دست آوردن محصولات مورد نظر فراهم میشود. فضای مورد بحث به نام راکتور شناخته میشود که بشسته به شرایط عملیاتی و نوع فرایند، شکل و ویژگی های آن متغیر است. به عبارت ساده تر شکل راکتور لزوما به صورت مخزنی ساده نمیباشد و بسته به طراحی ممکن است دارای تجهیزات بیرونی و داخلی مختلفی باشد که همین امر باعث تنوع گسترده ای در شکل ظاهری راکتور ها میشود. اما به طور کلی و فارغ از انتخاب شکل ظاهری راکتور میتوان به ذکر مواردی کلی در مورد بدنه راکتور ها پرداخت. از جمله این موارد قطر و ارتفاع راکتور و ضخامت ورق به کار رفته در بدنه آن است. هرچه فشار عملیاتی بیشتر باشد، ضخامت بدنه بیشتر شده و به نسبت قطر آن نیز کمتر میشود. اما ضخامت را تا حدی مشخص میتوان زیا کرد. در بعضی مواقع مانند راکتور LDPE که فشار عملیاتی آن 2500 برابر فشار جو است، علاوه بر در نظر گرفتن ضخامت زیاد برای بدنه، برای ایمنی بیشتر یک دیواره بتونی نیز در اطراف راکتور احداث گردیده است. در طراحی بدنه راکتور علاوه بر موارد فوق باید برای تجهیزات مختلفی مانند محل نازل های ورودی و خروجی، مسیر های تخلیه، مکان های نمونه گیری مسیرهای دسترسی به داخل راکتور و یا ManHole دریچه های چشمی، تجهیزات ابزار دقیق و ایمنی و … که میتوانند دارای آرایش های گوناگون باشند مکانی در نظر گرفته شود. در راکتور های دارای همزن باید برای رد شدن shaft نیز محلی در نظر گرفته شودو راهکارهایی برای آب بندی آن نیز ارائه گردد. در راکتور LDPE ذکر شده در بالا هیچ ماده ای وجود ندارد که در این فشار بالای عملیاتی بتواند راکتور را آب بندی کند پس در نتیجه کل قطعات همزن را به همراه موتور الکتریکی داخل راکتور قرار میدهند. لازم به ذکر است که در ساخت بدنه راکتور از مواد گوناگونی استفاده میشود که معمول ترین آن ها فلزات هسنتد که بسته به شرایط طراحی و فاکتور قیمت، فلزاتی مانند آهن، فولاد ضد زنگ، کربن استیل و تیتانیوم در بدنه راکتور به کار میروند. در بعضی مواقع برای کاهش قیمت، بدنه را از دو جنس میسازند به عنوان مثال میتوان بدنه را از جنس کربن استیل انتخاب کرده و جداره داخلی آن را با ورقه ای از فولاد ضد زنگ پوشاند. در ضمن در شرایط خورندگی شدید میتوان از فلزات با آستر شیشه ای نیز در ساخت بدنه راکتور استفاده کرد. یکی دیگر از نکات مهم در عملیات راکتور صیقلی بودن جداره داخلی راکتور باید کاملا صاف و بدون خراشیدگی یا حفره یا برجستگی باشد، زیرا صیقلی نبودن روی خواص محصول به خصوص پلیمر ها تاثیر منفی دارد.

بدنه راکتور ممکن است خود نقش کاتالیزور واکنش را ایفا کند مانند راکتور HDA با هیدرودی آلکیلاسیون که درآن فولاد ضد زنگ به کار رفته در بدنه کاتالیزور واکنش بین مخلوط تولوئن، بنزن و هیدروژن شده و محصول با خلوص تقریبی 100 درصد از راکتور خارج میشود.

همزن راکتور

یکی از راه های دستیابی به اختلاط مناسب در راکتور ها استفاده از همزن یا mixer است. mixer از اجزای متفاوتی شامل Impeller ، Shaft ، Shaft Seal ،Gearbox  تشکیل شده است. حرکت دورانی لازم توسط موتور الکتریکی تامین شده و از طریق شفت به پره ها منتقل می‌شود. پره ها نیز با حرکت دورانی خود در ظرف محتوی واکنش گر ها تلاطم ایجاد کرده و باعث مخلوط شدن آن ها  میشوند. Gearbox نیز سرعت دوران همزن را که معمولا بین 37 تا 360 دور بر دقیقه متغیر است ، کنترل می‌کند. از Mixer هم در راکتور های تانکی و هم در راکتور های لوله ای استفاده می‌شود با این تفاوت در که در راکتور های تانکی شفت موازی محور عمودی تانک و در راکتور های لوله ای شفت موازی محور افقی راکتور نصب می‌شود. امکان نصب پره های همزن راکتور در پایین همزن نیز وجود دارد به همین دلیل در برخی طراحی ها به دلیل جلوگیری از زیاد شدن طول شفت از این روش استفاده می‌شود.

یکی از روش های ایجاد اختلاط مناسب در راکتور های افقی کوچک نصب همزن به صورت زاویه دار با محور راکتور است!

برای طراحی و ساخت راکتور استاندارد دقیقی وجود ندارد. طراحی راکتور مراحل مختلفی دارد. طراحی همزن یا ایمپلر مناسب و دور چرخش با در نظر گرفتن ویسکوزیته مواد واکنش دهنده داخل راکتور انجام می‌شود. ضخامت مخزن با استاندارد ASME ّو با توجه به فشار کاری و حجم راکتور محاسبه می‌شود. تجهیزات حرارتی نیز با توجه به مقدار و دبی مواد مورد استفاده در واکنش طراحی می‌شود. دیگر تجهیزات مورد استفاده مانند شیرآلات و فلومتر و … با میزان تولید و نوع واکنش قابل طراحی است.

میکسر راکتور
طراحی میکسر و همزن راکتور

 

تقسیم بندی راکتورها

راکتورها بر اساس چهار موضوع تقسیم بندی می شوند:

تعداد فاز، نوع فاز، نوع عملیات، شکل ساختمانی

راکتورها براساس شکل ساختمانی، به سه دسته ی کلی تقسیم می شوند:

الف) راکتور تانکی یا batch: معمولا این راکتور ها، دارای مخازن همزن دار هستند.

ب) راکتور لوله ای 

ج)راکتور کروی

راکتور های نا پیوسته

در راکتورهای ناپیوسته، توجه به زمان اقامت بسیار مهم است.

در راکتورها، ژاکت حرارتی دو نوع است.

الف) ژاکت حرارتی خارجی؛ که در ان لوله های حاوی سیال گرمایشی یا سرمایشی با مواد درون راکتور تماس مستقیم ندارند و از بیرون دور تا دور راکتور را فراگرفته اند.

ب)ژاکت حرارتی داخلی؛که دراین نوع، لوله ها درون راکتور و در تماس با مواد هستند.

راکتورها پیوسته

چون راکتور پیوسته برای یک واکنش شیمیایی خاص طراحی طراحی می شود، به کنترل زمان نیاز ندارد. در عین حال به سیستم های کنترل دما، فشارو غلظت مجهز است.

-راکتور های پیوسته، به طور هم زمان هم ورودی دارند و هم خروجی.

-در صورتی که در خلال واکنش، مسئله اختلاط اهمیت داشته باشد، ترجیحا از راکتور تانکی همزن دار پیوسته استفاده می شود.

-راکتور های لوله ای پیوسته با بستر ثابت یا متحرک کاتالیزگر طراحی می شوند.

-در راکتور های لوله ای، اگر مسئله اختلاط مطرح باشد، از بافل های لرزان استفاده می کنند

-در راکتور لوله ای پیوسته، ممکن است مواد اولیه در قسمت های مختلفی غیر از ورودی، وارد راکتور شوند که در این صورت علاوه بر افزایش بازدهی، بر اندازه و قیمت راکتور نیز اثر می گذارد.

-در حجم یکسان، راکتور لوله ای پیوسته بازده بالاتری نسبت به تانکی همزن دار پیوسته دارد.

-رابطه ای که برای محسبه زمان اقامت معرفی شده، براساس تعریف دبی حجمی است، به این صورت Q=V/t که در این رابطه، V = حجم راکتور،Q = دبی حجمی و t = زمان اقامت است. راکتورهای نیمه پیوسته

-این راکتور، دارای جریان ورودی در خلال انجام واکنش است و به طور کلی از بعضی جهات شبیه راکتور پیوسته و از جهاتی دیگر شبیه نا پیوسته است.

مقایسه ی راکتور نیمه پیوسته با راکتور های پیوسته و ناپیوسته

این راکتور در خلال واکنش، خروجی ندارد و از این نظر شبیه راکتور نا پیوسته است و از نظر ورودی مواد اولیه، با هر دو متفاوت است، زیرا در راکتور ناپیوسته مواد اولیه با هم در راکتور بارگیری می شوند و در ان بسته می شود. در راکتور پیوسته، مواد اولیه با هم ولی به تدریج با دبی مشخصی وارد راکتور می شود. در این راکتور، یکی از مواد اولیه بارگیری می شود و دیگری به تدریج با دبی مشخصی، به ان اضافه می گردد. تیتراسیون، مثالی ساده و اشنا برای این نمونه فرایند نیمه پیوسته است.

برچسب ها

ارسال نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *