سایر اجزاء

۶۸/۳

مقدمه ای بر رآکتورهای بستر چکه­ای:

رآکتورهای بستر چکه­ای تجهیزاتی هستند که به منظور تماس سه فاز جامد، مایع و گاز طراحی شده ­اند]۶-۲[. تاریخچه­ این دسته از رآکتورها به ابتدای دهه­ هیجده میلادی باز می­گردد که بیش­ترین کاربرد آن در زمینه­ تصفیه­ی فاضلاب بود. کمی پس از آن به علت مزایای منحصر به فرد این دسته از رآکتورها برای فرآیندهای با حجم بالا، این تجهیزات کاربردهای متنوعی در صنایع مختلفی همچون صنایع شیمیایی و پتروشیمی پیدا کردند ]۸-۴[. واکنش­هایی که در این دسته از رآکتورها به طور موفق انجام می­پذیرد عبارتند از واکنش­های هیدرو دی سولفوریزاسیون^[۲۴]، هیدرو دی نیتروژناسیون^[۲۵]، هیدروژناسیون^[۲۶]، اکسیداسیون^[۲۷]، آلکیلاسیون^[۲۸] و کلریناسیون^[۲۹] ]۱۲-۹و۲[.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

رآکتورهای بستر چکه­ای خانواده­ای از رآکتورها می­باشند که درآن­ها واکنش­گرهای فاز مایع و گاز از روی بستری از ذرات کاتالیستی جامد و در جهت رو به پایین عبور داده می­شوند. البته فاز گازی می ­تواند در هر دو جهت رو به بالا و رو به پایین حرکت کند اما فاز مایع همواره در جهت رو به پایین از روی بستر کاتالیستی چکه^[۳۰] می­ کند. به طور معمول ذرات کاتالیستی به صورت تصادفی در بستر آکنده بارگذاری می­شوند و میزان بارگذاری کاتالیست در این دسته از رآکتورها بیش­تر از سایر رآکتورهای چندفازی می­باشد. اغلب واکنش­هایی که در این رآکتورها انجام می­ شود از نوع گرمازا می­باشد و انرژی آزاد شده توسط واکنش­ها به وسیله­ جریان اجزای گاز و مایع منتقل می­ شود. مدیریت انرژی آزاد شده به منظور جلوگیری از اثرات نامطلوب آن بر بستر کاتالیستی همواره یکی از دغدغه­ های مهندسین طراح در بهینه کردن بازده رآکتور بوده است]۶-۲[.
بازده کلی رآکتورهای بستر چکه­ای به عوامل متعددی بستگی دارد که در زیر به چند مورد آن اشاره می­کنیم:
خصوصیات بستر کاتالیستی شامل چیدمان رآکتورها، تخلخل، سایز ذرات و ضخامت لایه­ی پوشش دهنده کاتالیست
توزیع نامناسب جریان^[۳۱]
خیس­شوندگی ذرات کاتالیستی
سرعت­های محلی انتقال جرم و انتقال حرارت
سرعت­های انتقال جرم و انتقال حرارت درون ذره­ای^[۳۲]
سینتیک واکنش
چیدمان بستر کاتالیستی و خواص آن می ­تواند هیدرودینامیک جریان سیال و به تبع آن سرعت­های انتقال محلی، خیس شوندگی و اختلاط فازها را تحت تأثیر قرار دهد ]۱۳[.
همان­گونه که پیش از این نیز اشاره شد، در رآکتورهای بستر چکه­ای فاز مایع و گاز به طور معمول در جهت رو به پایین از روی بستر کاتالیستی عبور می­ کنند. شمایی از یک رآکتور بستر چکه­ای در تصویر ۴ نمایش داده شده است. در این رآکتورها فاز مایع و گاز از طریق یک توزیع کننده­^[۳۳] مناسب به بستر رآکتوری تزریق می­شوند. توزیع مناسب این دو فاز می ­تواند کارآیی رآکتور و بازده انتقال حرارت را تحت کنترل قرار دهد ]۱۳[.
یکی از نگرانی­های عمده در عملکرد این گونه از رآکتورها کنترل دمای بستر کاتالیستی می­باشد. در برخی موارد جریان­های مایع و یا گاز خروجی از سیستم به ابتدای رآکتور برگشت داده می­شوند. این کار سبب کنترل دما از طریق افزایش سرعت مؤثر سیال^[۳۴] می­گردد و به علاوه سبب می­ شود تا بتوان به درصد تبدیل دلخواه دست یافت]۱۳[.

تصویر ۴- شمایی از یک رآکتور بستر چکه­ای]۱۱[

مقایسه با سایر رآکتورهای سه فازی

تماس سه فاز جامد، مایع و گاز می ­تواند در رآکتورهای دوغابی^[۳۵]]۱۵و۱۴[، راکتورهای حلقه­ای اجکتوری^[۳۶]، رآکتورهای بستر سیالی سه فازی^[۳۷]، رآکتورهای ستون حبابی بستر آکنده^[۳۸] ] ۱۶[ و رآکتورهای بستر چکه­ای صورت پذیرد. سایز ذرات کاتالیستی در این رآکتورها بسیار کوچکتر از رآکتورهای بستر چکه­ای است.
در رآکتوهای دوغابی از چندین پره چرخان به منظور ایجاد تماس مناسب بین سه فاز استفاده می­ شود. به علت محددیت این دسته از رآکتورها در میزان بارگذاری کاتالیست و مشکلات مکانیکی مرتبط با بخش­های متحرک آن، کاربرد رآکتورهای دوغابی به واکنش­های نسبتاً سریع (که نیاز به کاتالیست کم­تری دارند)، عملیات فشار پایین و فرآیندهای با حجم متوسط محدود می­ شود] ۱۳[.
شمایی از رآکتور دوغابی را در تصویر زیر می­بینید.

تصویر ۵- شمایی از یک رآکتور دوغابی ]۱۷[

این رآکتورها دارای مزایایی نسبت به رآکتور بستر چکه­ای می­باشند که عبارتند از] ۲۱-۱۸[:
ظرفیت حرارتی بالا به منظور کنترل دمایی مناسب­تر
بازیابی آسان حرارت
سازگاری با فرآیندهای پیوسته و ناپیوسته
افت فشار بسیار کم­تر