نگاه اجمالی
آشنایی با روشها و نحوه عملیات واحدها تولیدی در صنایع شیمیایی یکی از مباحث ضروری است که باید هر شیمیست یا مهندس شیمی اطلاعات و دانش لازم را در مورد آن داشته باشد تا بتواند با شناخت فن آوری و نحوه تغییر مواد خام به محصولات طی فرایندهای صنعتی ، ساده ترین ، اقتصادی ترین و کاراترین روش را انتخاب کند.
اغلب واکنشها در محلولها انجام می شود و مواد واکنشی در طی فرایند ، میان واکنشگاه ، لولههای انتقال و سایر عناصر جریانی ، به حرکت در می آیند. بالطبع کنترل دقیق چنین فرایندی مستلزم داشتن اطلاعات کافی نسبت به مباحث شیمی صنعتی مثل مکانیک سیالات ، اندازه گیری دبی و سایر پارامترهای وابسته به آن و ... می باشد.
تکنولوژی شیمی صنعتی
شیمی صنعتی شاخه ای از شیمی است که در مورد مراحل شیمیایی ، نقش پدیدههای فیزیکی در یک فرایند ، واکنشهایی که ماده خام را به محصول تبدیل می کنند و مهمتر از همه واکنشگاهها یعنی جایی که فرایند صورت می گیرد بحث می کند.
یک مرحله شیمیایی ترکیبی از واکشنهای شیمیایی مثل سنتز ، اکسیداسیون ، هیدراسیون و ... می باشد. در این مرحله عملیات بر پایه پدیدههای فیزیکی مثل تبخیر ، تبلور ، تقطیر و استخراج قرار گرفته است، که معمولا ماده خام مثل نفت را به محصولات جدید تبدیل می کند.
مرحله شیمیایی صنعتی
دستگاههای مورد مصرف ، ویژگی یک مرحله شیمیایی را تعیین می کنند. یک مرحله در مقیاس آزمایشگاهی معمولا از دستگاههای کوچک و شیشه ای و در شرایط نسبتا ملایم انجام می گیرد. در حالیکه اگر در مرحله ای شرایط سخت باشد، دستگاههای به کار رفته معمولا فلزی یا سرامیکی و در مقیاس بزرگ خواهد بود و محصول به دست آمده نیز در حد تن ، در این صورت مرحله ، مرحله شیمیایی صنعتی نامیده می شود.
راکتورها
راکتورها دستگاههایی هستند که در کارخانجات شیمیایی ـ صنعتی ، واکنشها در آنها صورت می گیرد. بنابراین ساختار یک کارخانه با راکتورها هویت می یابد.
عمل اساسی راکتورها
- ایجاد بیشترین تماس بین اجزایی که در واکنشها در فاز همگن شرکت می کنند. (واکنشگرها و کاتالیتها)
- اطمینان اینکه واکنش تحت شرایط فیزیکی خواسته شده صورت گرفته است (دما ، فشار ، زمان تماس) انتخاب نوع راکتور باید طوری باشد که از نقطه نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.
طبقه بندی راکتورها
راکتورها را معمولا با توجه به 3 عامل زیر طبقه بندی می کنند.
- بر حسب روشی که طی آن مرحله واکنش صورت می گیرد:
راکتورهای طبقه الف :
- راکتورهای پیوسته : برحسب مصرف کاتالیت و بر حسب اینکه واکنش در چند فاز صورت می گیرد دو نوعند : همگن و ناهمگن.
- راکتورهای نیمه پیوسته : درای ویژگی ورود پیوسته مواد و خروج پیوسته برخی مواد هستند. راکتورهای خمره ای معمولا از این نوع هستند.
- راکتورهای ناپیوسته : برای موادی طراحی شده اند که در مدت معینی طبق برنامه ریزی انجام شده در راکتورها باقی بمانند تا اینکه واکنش کامل شود. اغلب به شکل خمره ای و استوانه ای هستند.
- طبقه بندی بر حسب سیستم تبادل حرارتی که انتخاب شده است :
راکتورهای طبقه ب
- راکتورهای آدیاباتیک : طراحی آنها طوری است که در طول مدت کنترل دما ، بدنه راکتور در تبادل حرارتی شرکت نمی کند.
- راکتورهای غیر آدیاباتیک : بدنه راکتور در تبادل حرارتی شرکت می کند.
راکتورهای ذکر شده در سنتز آمونیاک و اکسیداسیون SO
2 به SO
3 مورد استفاده قرار می گیرد.
- طبقه بندی بر حسب ویژگی فیزیکی موادی که برای واکنش انتخاب شده اند.
راکتورهای طبقه ج
- راکتورهای واکنشهای همگن
- راکتورهای واکنشهای نا همگن
اگر قرار باشد واکنشی در فاز همگن صورت گیرد بر حسب نوع مراحل از راکتورهای پیوسته یا ناپیوسته طبقه الف استفاده می کنند اما اگر واکنشها در بیش از یک فاز صورت گیرد، گستره راکتورهای مورد مصرف زیاد خوااهد بود. مثلا بر حسب اینکه کاتالیت پودر یا گرانول باشد. ساختمان راکتور فرق خواهد کرد.
طبقه بندیهای دیگر
طبقه بندیهای دیگری هم با توجه به وضعیت تغذیه راکتور یا عملیات سینماتیک یا تخلیه مواد شرکت کننده در واکنش وجود دارند، همچنین می توان آنها را بر حسب حلال ها و رقیق کنندهها و ... انتخاب کرد. در هر حال راکتورها را برای اهداف مختلف بر حسب نوع کارخانه و شرایط آن انتخاب می کنند.
مباحث مرتبط با عنوان