راکتور تحت فشار چیست؟
راکتور تحت فشار یک ظرف واکنش شیمیایی است که می تواند واکنشی را تحت فشار بالا انجام دهد. این نوع راکتور یک کاربرد ویژه از یک مخزن تحت فشار است. فشار می تواند توسط خود واکنش ایجاد شود یا توسط یک منبع خارجی مانند هیدروژن در هیدروژناسیون انتقال کاتالیزوری ایجاد شود. راکتورهای تحت فشار به طور گسترده در صنایع شیمیایی، غذایی چسب، سیلیکاژل، رنگ، دارو، پتروشیمی و سایر صنایع استفاده می شود.
در چه مواردی از راکتور تحت فشار استفاده میشود؟
اکتورهای تحت فشار در موارد مختلف در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در اینجا برخی از کاربردهای رایج راکتورهای تحت فشار آورده شده است:
صنایع شیمیایی: از راکتورهای تحت فشار در صنایع شیمیایی برای انجام واکنش های شیمیایی در دما و فشار بالا استفاده می شود. این واکنش ها می تواند شامل تولید مواد شیمیایی، سنتز ترکیبات جدید تصفیه مواد و غیره باشد.
صنعت نفت و گاز: در فرآیندهای نفت و گاز از راکتورهای تحت فشار برای عملیات مختلف استفاده می شود. برخی از نمونه‌های استفاده از ان عبارتند از تبدیل هیدروکربن‌های سنگین به محصولات سبک‌تر، ترک‌خوردگی و پردازش هیدرولیکی در واحدهای کراکینگ کاتالیزوری سیال (FCC)، سولفورزدایی هیدروکربن (HDS) و موارد دیگر.
صنعت داروسازی: در تولید دارو از راکتورهای تحت فشار برای ساخت و فرآوری مواد فعال دارویی (API) و ترکیبات شیمیایی استفاده می شود. این راکتورها به عنوان مخزن هایی برای انجام واکنش های سنتز، کریستالیزاسیون و سایر فرآیندها تحت شرایط فشار کنترل شده عمل می کنند.
فرآیندهای پلیمریزاسیون: راکتورهای تحت فشار در فرآیندهای پلیمریزاسیون مورد استفاده قرار می گیرند، مونومرها در شرایط فشار بالا برای تشکیل پلیمرها، پلیمریزه می شوند. معمولاً در تولید پلاستیک، الیاف مصنوعی و الاستومرها این فرایند دیده می شود.
صنایع فرآوری مواد غذایی: راکتورهای تحت فشار در صنایع غذایی برای فرآیندهایی مانند پاستوریزه کردن با فشار بالا یا پخت و پز با فشار بالا کاربرد دارند. پاستوریزاسیون با فشار بالا برای افزایش ماندگاری محصولات غذایی و در عین حال حفظ کیفیت غذایی آنها استفاده می شود، همچنین پخت و پز با فشار بالا می تواند زمان پخت را تسریع کند و طعم را بهبود ببخشد.
کاربردهای زیست محیطی: می توان در کاربردهای زیست محیطی مانند تصفیه آب، تصفیه فاضلاب و کنترل آلودگی هوا از این راکتور ها استفاده کرد.
سنتز و تحقیق درباره مواد: در علم و تحقیقات مواد، از راکتورهای تحت فشار برای سنتز و مطالعه مواد در شرایط فشار بالا استفاده می شود. این روش به محققان اجازه می دهد تا خواص و رفتار مواد را در محیط های شدید بررسی کنند.
اینها تنها چند نمونه از طیف وسیعی از کاربردها هستند که در آنها از راکتورهای تحت فشار استفاده می شود. انتخاب خاص یک راکتور تحت فشار و شرایط عملیاتی آن به واکنش مورد نظر، الزامات فرآیند، ملاحظات ایمنی و مواد درگیر بستگی دارد.
مزایای راکتور تحت فشار
یک راکتور تحت فشار می تواند چندین مزیت را نسبت به راکتورهای ممولی نشان دهد.. در مرحله اول، می تواند واکنشی را بالاتر از نقطه جوش یک حلال انجام دهد که از جوش و تبخیر حلال جلوگیری می‌کند. ثانیاً، فشار می تواند حجم واکنش از جمله فاز مایع را کاهش دهد و به نوبه خود غلظت و فرکانس برخورد را افزایش دهد کهواکنش را تسریع کند.
افزایش دما می تواند واکنش مورد نظر را تسریع کند، اما این افزایش دما می‌تواند منجر به تخریب حرارتی مواد واکنش‌دهنده شود. با این حال، افزایش فشار می تواند واکنش مورد نظر را تسریع کند و تنها زمانی بر تجزیه تأثیر می گذارد که شامل آزاد شدن گاز یا واکنش با گاز در ظرف باشد. هنگامی که واکنش مورد نظر تسریع می شود، واکنش های رقابتی به حداقل می رسد. افزایش فشار معمولاً واکنش‌های سریع‌تری را به همراه خواهد داشت.
به طور کلی مزایای استفاده از راکتور تحت فشار عبارتند از:
کاهش میزان مصرف حلال و انجام واکنش در مسیر تمیزتری که منجر به تولید کمتر محصولات جانبی میشود.
زمان واکنش کوتاه که می‌تواند در مصرف برق و دبی آب خنک کننده در هر واکنش صرفه جویی کند.
انجام واکنش در راکتور تحت فشار می تواند از انتشار گاز سمی و انفجار جلوگیری کند.
طرز کار راکتور تحت فشار با دمای بالا
در تولید مواد شیمیایی، نه تنها فرآیندهای واکنش شیمیایی ساده، بلکه فرآیندهای انتقال جرم فیزیکی مانند انتقال حرارت مواد، انتقال جرم میان آنها و اختلاط وجود دارد. مراحل و سرعت واکنش شیمیایی انجام گرفته در راکتور تحت فشار، بر اساس قوانین سینتیک شیمیایی انجام میشود. برای مثال، برای واکنش‌های گاز-مایع، سرعت واکنش نه تنها به دما و غلظت مربوط میشود، بلکه به اندازه و انتشار ذرات نیز مرتبط است. برای واکنش گاز-جامد، بدون توجه به شرایط، اجزای گاز ابتدا به سطح کاتالیزور جامد پخش می‌شوند و سپس بر روی سطح کاتالیزور واکنش شیمیایی می‌دهند.
تفاوت راکتور تحت فشار و معمولی
با توجه به تنوع گسترده مواد خام برای واکنش های شیمیایی، فرآیند واکنش در فشار بالا بسیار پیچیده است و الزامات برای محصولات واکنش نیز متفاوت است. به منظور پاسخگویی به نیازهای مختلف واکنش، ساختار و اندازه راکتورهای فشار بالا نیز متفاوت است و روش‌های عملیاتی و شرایط عملیاتی با راکتورهای عادی قابل مقایسه نمی‌باشد.
برای مثال، در یک راکتور ناپیوسته، مواد خام به یکباره در فضای راکتور اضافه می‌شوند. در راکتور فشار بالایی که به طور مداوم کار می کند، مواد خام نیز به طور مداوم اضافه می شود. در راکتورهایی با ساختار و اندازه های مختلف، شرایط و حالت های مختلف عملیاتی به طور اجتناب ناپذیری بر وضعیت جریان سیال و فرآیند انتقال گرما، جرم و اختلاط مواد تأثیر می گذارند.
فرآیندهای انتقال که عبارتند از: انتقال مومنتوم، انتقال جرم و انتقال حرارت، هر یک نقشی اساسی در طراحی و ساخت راکتور تحت فشار ایفا میکنند. بنابراین طرز کار این دسته راکتورها یک فرآیند پیچیده مبتنی بر سینتیک شیمیایی است که انتقال حرارت، انتقال جرم و انتقال تکانه به عنوان عوامل اصلی آن شناخته می‌شوند. این سه به طور همزمان انجام می شوند و در تعامل هستند.
ساخت راکتور تحت فشار
عملکرد اصلی راکتور همزن‌دار تحت فشار ، شامل فراهم کردن محل واکنش و حفظ شرایط خاصی است تا فرآیند واکنش شیمیایی در جهتی از پیش تعیین شده برای به دست آوردن محصولات واکنش پیش‌بینی شده پیش رود.
راکتور تحت فشار با دمای در موارد زیادی از صنایع شیمیایی مشاهده میشود. بنابراین انتخاب یک سری راکتور مناسب، ایجاد شرایط عملیاتی درخور فرایند و در نظر گرفتن پارامترهای مهم در طراحی ساخت راکتور تحت فشار، از عوامل مهمی در جهت قابل اعتماد بودن فرایند و تولید پیوسته می‌باشند.
آینده راکتور شیمیایی
در آینده ممکن است بسیاری از مواد شیمیایی در راکتورهایی به اندازه یک کامپیوتر رومیزی بزرگ تولید شوند که به ریز راکتورها معروف هستند. کاهش اندازه منجر به کاهش هزینه‌های سرمایه و کاهش میزان استفاده از مواد شیمیایی در هر زمان میشود که در نتیجه فرآیند ایمن و قابل اعتمادتری را به همراه خواهد داشت.
در این دسته راکتورها، دما را می توان با سهولت بیشتری ثابت نگه داشت (زیرا سطح بسیار بزرگتری برای حجم معین وجود دارد). بدین صورت این راکتور امکان انتقال حرارت بسیار کارآمد از واکنش به محیط اطراف را فراهم می کند. به عنوان مثال برای واکنش های بسیار گرمازا مانند نیتراسیون یک هیدروکربن آروماتیک که به طور بالقوه می‌تواند انفجاری باشد می‌تواند کاربردی باشد.
کاربردهای جدید
امروزه تحقیقات قابل توجهی در زمینه توسعه ریز راکتورها در حال انجام است. یک مثال از آن، امکان تبدیل مستقیم بنزن به فنل است. مخلوطی از بنزن و اکسیژن از طریق یک لوله آلومینا، پر شده با پالادیوم در حدود 350-400 کلوین تغذیه می شود و گاز هیدروژن از روی آن عبور می کند. هیدروژن از طریق لوله آلومینا نفوذ می کند و توسط کاتالیزور پالادیوم به هیدروژن اتمی تبدیل می شود. اتم‌های هیدروژن با اکسیژن واکنش می‌دهند و گونه‌های فعال اکسیژن مانند رادیکال‌های هیدروکسیل آزاد میکنند که به نوبه خود با بنزن واکنش داده و فنل را تشکیل می‌دهند.
شرکت دانش‌محور صنعت آفرین سامیار با بهره‌گیری از توانایی مهندسان خود قادر است راکتور تحت فشار را متناسب با نیازهای صنعتگران کشور طراحی کند. به منظور مشاوره در جهت ساخت می‌توانید با کارشناسان این مجموعه در تماس باشید.