در صنایع مختلف مانند پتروشیمی، نفت، گاز و غیره از تجهیزات خاصی استفاده می شود. یکی از تجهیزاتی که نقش بسیار مهمی در عملیات صنعتی دارند، برج ها و راکتور ها هستند. ما در این مطلب قصد داریم در مورد دسته بندی این تجهیزات صنعتی و کاربرد آن ها مطالب مهمی را بیان کنیم. پس تا پایان ما را همراهی کنید.
برج و راکتور چیست؟
همانطور که می دانید برج ها و راکتور ها از تجهیزات مهم در صنایع مختلفی مانند گاز، نفت و پتروشیمی می باشند. برای معرفی راکتور ها می توان گفت که راکتور ها محفظه هایی هستند که در داخل آن ها واکنش های متجانس و غیر متجانس شیمیایی صورت می گیرد. این محفظه ها می توانند به شکل های مختلفی تولید شوند. راکتور ها معمولا بر حسب نوع عملکردشان دسته بندی می شوند. این دسته بندی ها عبارتند از : راکتور های ناپیوسته، راکتور های نیمه پیوسته، راکتور های مخلوط شونده، راکتور های لوله ای، راکتور های بستر ثابت و راکتور های بستر سیال.
یکی دیگر از تجهیزات مورد استفاده در صنایع مهم، برج ها هستند. برج ها در واقع برای عملیات جداسازی اجزای موجود در یک ترکیب به کار می روند. در برخی از مواد، اجزای تشکیل دهنده اهمیت بالایی دارند و باید از یکدیگر جدا شوند. عملیات جداسازی ممکن است به صورت پیوسته، نیمه پیوسته و غیر پیوسته انجام شوند. از طرفی ترکیب های قابل جداسازی معمولا یا مخلوط های ناهمگن هستند و یا مخلوط های همگن. برج ها معمولا بر اساس نوع کاری که انجام می دهند، به انواعی مانند برج های تقطیر، برج های استخراج و برج های جذب و دفع تقسیم می شوند.
در صنایع مختلف از دستگاه ها و تجهیزات مختلفی استفاده می شود. مهمترین صنایع شیمیایی مانند نفت و پتروشیمی و غیره به دستگاه هایی به نام راکتور و برج نیاز دارند. این دستگاه ها وظایف خاصی را بر عهده داشته و باید طبق اصول و قوانینی ساخته شوند. ما در ادامه قصد داریم در مورد برج و راکتور، انواع مختلف آن ها و کاربردشان با شما صحبت کرده و مطالب مهمی را بیان کنیم. پس تا پایان همراه ما باشید.
انواع برج و راکتور
با توجه به عملکردی که راکتور ها دارند، می توان آن ها را به انواع مختلفی تقسیم کرد که عبارتند از:
راکتور های ناپیوسته
این راکتور ها اولین نوع از راکتور های تولید شده در صنعت شیمیایی بوده اند و هنوز هم کاربرد و موارد مصرف بیشتری نسبت به سایر انواع دارند. مزیت این نوع از راکتور ها این است که زمان کافی و لازم برای انجام واکنش های شیمیایی در مواد ورودی را در نظر گرفته که این امر درصد احتمال موفقیت این فرایند ها را بالا می برد.
راکتور های نیمه پیوسته
این راکتور ها زمان کمتری را نسبت به راکتور های ناپیوسته در اختیار مواد قرار می دهند. اما کنترل حرارت، کنترل واکنش های نامطلوب و محدود کردن تولید محصولات ناخواسته را به خوبی و درستی انجام می دهند.
راکتور های مخلوط شونده
زمانی که برای ایجاد واکنش های شیمیایی نیاز به هم زدن زیاد مواد اولیه وجود داشته باشد، از این نوع راکتور ها استفاده می کنند. اما راکتور های مخلوط شونده در مقایسه با سایر راکتور ها، درصد تبدیل پایین تری در واحد حجم محصول دارند. به همین دلیل در برخی از صنایع از چندین راکتور مخلوط شونده پشت سر هم و با ابعاد بزرگ استفاده می کنند.
راکتور های لوله ای
معمولا برای انجام فرایند ها و واکنش های شیمیایی در مقیاس های بزرگ و صنایع اساسی از راکتور های لوله ای استفاده می شود. نگهداری آسان از سیستم راکتور های لوله ای و همچنین درصد بالای تبدیل مواد اولیه در واحد حجم راکتور از جمله مزیت های راکتورهای لوله ای محسوب می شود.
راکتور های بستر سیال
این نوع راکتور می تواند مواد متجانس و نامتجانس را به خوبی با هم مخلوط کرده و دما را به صورت یکنواخت توزیع کند. سهولت احیا و نگهداری از کاتالیزور، عدم وجود مشکل نقاط داغ، ظرفیت بالا و کنترل خوب از جمله مزیت ها و ویژگی های مثبت این نوع از راکتور ها بوده است.
راکتور های بستر ثابت
زمانی که راکتور های لوله ای را از دانه های جامد کاتالیزور پر کنند، به آن راکتور بستر ثابت گفته می شود. از این نوع راکتور ها برای واکنش های غیر متجانس از نوع گازی و کاتالیزوری استفاده می کنند. اما عیب و یا نقطه ضعف اصلی این نوع راکتورها، مشکل کنترل حرارت و جایگزینی کاتالیزور بعد از غیر فعال شدن و همچنین مشکل کانالیزه شدن مواد گازی می باشد.
برج ها نیز با توجه فرایندی که انجام می دهند و روش جداسازی که دارند، به انواع مختلفی تقسیم می شوند از قبیل:
برج های تقطیر
این نوع از برج ها بر اساس فراریت اجزا کار می کنند. بدین صورت که اجزایی از مواد اولیه که نقطه جوش کمتری دارند، زودتر تبخیر می شوند. در ساخت برج های تقطیر ریبویلر یکی از اجزای بسیار مهم محسوب می شود.
برج های استخراج
زمانی که دو فاز چگالی نزدیک به همی داشته باشند، عمل جداسازی با استفاده از برج های استخراج انجام می شود. برای استخراج از برج های مختلفی مانند دستگاه های مخلوط کننده _ ته نشین کننده، ستون های ضربه ای، برج های استخراج پاششی و پرکن و غیره استفاده می کنند.
برج های جذب و دفع
در برخی از فرایند های جداسازی گاهی یک مخلوط گازی را در تماس با مخلوط مایع قرار می دهند که به این عمل جذب گفته می شود. در حالت معکوس یعنی وقتی مخلوط مایع را در ارتباط با مخلوط گازی قرار دهند، به این عمل دفع گفته خواهد شد. رایج ترین دستگاهی که برای این فرایند استفاده می شود، برج پرکن است.
کاربرد برج و راکتور
همانطور که متوجه شدید از راکتور ها و برج ها در انجام فرایند های شیمیایی مختلف استفاده می شود تا بتوان با استفاده از مواد اولیه به دست آمده محصولات مختلفی را تولید کرد. برای تولید محصولات نیاز به مواد اولیه مختلفی وجود دارد. برخی از این مواد اولیه از دل مواد دیگری تولید می شوند. لذا باید به ایجاد واکنش های شیمیایی، مخلوط کردن مواد با یکدیگر و یا جداسازی مواد از هم بپردازیم. راکتور ها و برج ها برای انجام چنین فرایند هایی طراحی و تولید شده اند. نوع مواد تشکیل دهنده، شکل، اندازه و سایر سیستم هایی که بر روی این دستگاه ها تعبیه می شود، همگی بستگی به نوع مواد اولیه وارد شده به آن ها خواهد داشت.
طراحی برج و راکتور
به دلیل اهمیت وظایف و فرایند هایی که توسط برج ها و راکتور ها انجام می شود، طراحی و ساخت آن ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. برای طراحی و ساخت راکتور ها و برج ها باید از دانش روز و تکنولوژی های پیشرفته استفاده کرد. از دیگر فاکتور هایی که در ساخت راکتور ها و برج ها باید مد نظر قرار داد، می توان به دما، فشار، نقطه جوش، حرارت و سرعت واکنش مواد اولیه اشاره کرد. همه این موارد نیاز به محاسبات دقیق و علمی داشته و در نوع طراحی نهایی راکتور ها و برج ها موثر هستند. مهندسان و افرادی که به کار ساخت و طراحی برج و راکتور ها مشغول هستند، این محاسبات و طراحی برج ها و راکتور ها را با استفاده از نرم افزار های مختلف انجام می دهند. نرم افزار هایی مانند طراحی کتیا، بلندر، اتوکد، زد براش و غیره از جمله نرم افزار های معتبر و حرفه ای در زمینه طراحی و ساخت راکتور ها و برج ها هستند. ساخت برج ها و راکتور ها با توجه به نوع و میزان مواد مورد استفاده انجام می شود و این امر برای هر مشتری متفاوت خواهد بود.
ساخت برج و راکتور
بعد از انجام مراحل طراحی راکتور ها و برج ها با توجه به استاندارد های موجود باید به ساخت آن ها پرداخت. ساخت راکتور ها و برج ها استاندارد و قوانین مخصوص به خود را دارد. راکتور ها از قسمت های مختلفی مانند مخزن، شیر ورودی، شیر خروجی، سیستم گرمایشی، همزن و غیره تشکیل می شوند. مهمترین قسمت در راکتور ها مخزن آن ها است که با مواد اولیه در ارتباط مستقیم قرار دارد. جنس مخزن ها با توجه به نوع موادی که مورد استفاده قرار می گیرد، متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال با توجه به نوع اسیدی یا قلیایی بودن مواد مورد استفاده، نوع ورق فولاد و یا حتی جوشکاری هایی که برای ساخت مخزن انجام می شود، متفاوت هستند. در ساخت راکتور ها از ورقه هایی مانند ورق سیاه و روغنی، ورق گالوانیزه، ورق استیل و یا ورق فولاد ضد زنگ استفاده می کنند.
در مراحل ساخت برج ها نیز باید از اصول خاصی پیروی کرد. به عنوان مثال در ساخت برج تقطیر پیوسته و ناپیوسته عواملی مانند فشار، دما، سینی ورودی خوراک و غیره بسیار مهم هستند و باید در نظر گرفته شوند. چنانچه همه این موارد در تولید راکتور ها و برج ها مد نظر قرار داده شود و از اصول خاص این امر پیروی شود، می توان با هزینه ای کم و معقول برج یا راکتوری با راندمان کاری و کیفیت بالا تولید کرد.
