دورات هندسية

 

 

نبذة عن المفاعلات الكيميائية وتصميمها

صفحة 1 من 2 12 الأخيرةالأخيرة
النتائج 1 إلى 10 من 13
  1. [1]
    refiningboy
    refiningboy غير متواجد حالياً

    عضو

    تاريخ التسجيل: Oct 2006
    المشاركات: 49
    Thumbs Up
    Received: 0
    Given: 0

    نبذة عن المفاعلات الكيميائية وتصميمها

    بسم الله الرحمن الرحيم

    نبذة عن المفاعلات الكيميائية وتصميمها

    إعداد / مهندس أيمن رسلان
    قام بإعداد الرسومات / مهندس أيمن رسلان
    أرجو عند النقل ذكر المصدر تقديراً لجهود كاتبها

    المصدر: Freshman Chemical Engineering

    هذه أول محاولة لي في الكتابة ... أرجو التماس العذر في حالة القصور
    أتمني ألا تبخلو علي بمعلوماتكم المفيدة ونصائحكم وآراءكم


    ==========

    المفاعل من النوع Batch Reactors BSTR-


    هذا المفاعل مشهور وقديم جداً وقلما يستخدم في الوقت الحالي وتعتمد فكرة عمله على خلط المتفاعلات بنسب معينة في وعاء ثم بعد ذلك يتم التقليب جيداً مع توفير الظروف اللازمة للتفاعل ويتم التقليب إما باستخدام طرق ميكانيكية وقلما تستخدم الطرق اليدوية في التقليب، وبعد إتمام التفاعل يتوقف التقليب ثم يتم تفريغ المفاعل من الناتج وتنظيفة وبعد ذلك يصبح المفاعل جاهزاً لشحنة جديدة أو تشغيلة جديدة New Batch
    ومن عيوب هذا المفاعل أنه يحتاج لعمالة يدوية مكلفة للإشراف والتقليب والتنظيف كما أنه لا يصلح لإنتاج كميات كبيرة من النواتج حيث سيتطلب الأمر مفاعل ضخم جداً ولذلك ظهرت فكرة المفاعل المستمر التشغيل


    =============

    المفاعل من النوع The Continuous Stirred Tank Reactor - CSTR


    وهذا المفاعل جاء ليتغلب على عيوب المفاعل من النوع Batch حيث يتم إدخال المتفاعلات باستمرار وبنسبة معينة وتم عملية التقليب بطريقة ميكانيكية مستمرة أيضاً أما النواتج فتخرج من المفاعل من فتحة جانبية على ارتفاع معين Level ولا بد أن يتم الحفاظ على النسبة بين المتفاعلات وكذلك معدل دخولها إلى المفاعل حيث يجب أن يترك الفرصة للمواد الموجودة في المفاعل أن تتفاعل مع بعضها البعض وفي نفس الوقت يعجل من خروج النواتج من المفاعل
    ويتم التحكم في معدل دخول المتفاعلات إلى المفاعل عن طريق استخدام صمامات تحكم Control Valves ويسمى الوقت الذي تقضيه المتفاعلات داخل المفاعل إلى أن يكتمل التفاعل بالـ Residence Time :

    Residence Time : is the amount of time spent by the materials in residence in the tank

    وغاالباً ما يصلح هذا المفاعل لكثير من التفاعلات حيثث يتم الحصول على نواتج بمعدل ثابت ومستمر وفي نفس الوقت لا حاجة للعاملة البشرية المكلفة إلا أنه يحتاج لتحكم جيد Control للحفاظ على النواتج حيث إن أي تغير في تركيب النواتج يعني تغير أي من الظروف كأن تكون درجة حرارة الجو منخفضة في يوم معين ويحتاج المفاعل لزيادة التسخين أو أن لزوجة المتفاعلات قد ارتفعت بسبب الانخفاض في درجة الحرارة ... وهكذا



    =============

    المفاعلات من النوع Tubular Reactors

    إذا دققت معي فإنك ستلاحظ أنه في حديثنا السابق قد تطرقنا إلى مفاعلات لا تصلح إلا لتفاعل المواد السائلة مع بعضها البعض وفي إحيان نادرة عض المواد الصلبة ولكن لا يصلح المفاعل من النوع Batch Reactor أو CSTR لتفاعل الغازات مع بعضها البعض أو في الحالات التي تتطلب ارتفاع درجة حرارة التفاعل بصورة شديدة حيث يتطلب الأمر زيادة مساحة انتقال الحرارة – من هنا جاءت فكرة هذا النوع من المفاعلات حيث تدخل المتفاعلات في أنابيب والأنابيب توفر مساحة سطح أكبر لانتقال الحرارة للغازات أو المواد السائلة المتفاعلة ويجب ملاحظة أن سمك الأنابيب المستخدمة يجب ألا يكون كبيراً لأن هذا يعوق انتقال الحرارة للمتفاعلات مما يعني أننا نحتاج لأنابيب أطول وهذا يشغل مساحة ويسبب تكاليف أكثر فلا يصلح مثلاً أن تدخل المتفاعلات في أنبوب طوله ميل مثلاً وفي الأحيان التي يتطلب الأمر فيها عمليات تسخين أشد يستخدم مفاعلات متعدد الأنابيب Multi Tubular Reactor



    ================

    المفاعل من النوع Packed-Bed Reactor أو Fixed-Bed Reactor

    بالطبع يتخدم هذا المفاعل في الحالات التي يتطلب فيها الأمر استخدام عوامل حفازة حيث يكون العامل الحفاز محملاً على مواد صلبة Supported on Solid Materials فيتم رص كريات العامل الحفاز فوق بعضها بطريقة منتظمة Regular أو عشوائية Dumped حسبما يقتضي الأمر وتدخل المتفاعلات من أسفل المفاعل حيث تمر على طبقات العامل الحفاز إلي إن يتم التفاعل ويكتمل في خلال فترة مرورها وتخرج النواتج من الأعلى



    =============

    المفاعل من النوع Fluidized-Bed Reactor

    ظهرت الحاجة في بداية الأمر لهذا النوع من المفاعلات في عمليات حرق الفحم للحصول على عملية احتراق نظيفة ومثالية دون انبعاث غازات ضارة أو ملوثة للبيئة والتي تتطلب تكاليف باهظة لإزالتها من عوادم الاحتراق قبل طردها إلى الهواء الجوي.
    حيث يكون الفحم مطحوناً على هيئة حبيبات صغيرة ويكون أشبه بالـ Fluid ويوضع في المفاعل ويضخ الهواء مع الوقود من الأسفل ويتخلل حبيبات الفحم فتشتعل وتحترق ويتحول المفاعل إلى أشبه ما يكون بفرن احتراق ومع استمرار مرور الهواء للأعلى يسحب معه نواتج وعوادم الاحتراق مثل الـ Ash فتخرج من فتحة جانبية أما عوادم الاحتراق فتنطلق مع الهواء الجوي
    أما عن المتفاعلات التي يهدف تسخينها فإنها تكون في أنابيب تكون في منطقة الاحتراق لضمان عملية التسخين الشديدة وأحياناً يدخل بها بخار لتحميصه Superheating of steam
    أما عن نواتج الاحتراق الضارة مثل ثاني أكسيد الكبريت SO2 أو أكاسيد النيتروجين NOx فيمكن التخلص منها بضخ مواد لها القدرة على نزعها مع الوقود المستخدم في عملية الاحتراق فمثلاً معروف أن الدلوميت Dolomite له القدرة على التفاعل مع ثاني أكسيد الكبريت وتحويله إلى مواد غير ضارة حيث أن الدلوميت عبارة عن خليط من كربونات الماغنسيوم وكربونات الكالسيوم والتي لها القدرة على أن تتفاعل مع ثاني أكسيد الكبريت مكونة كبريتيت الماغنسيوم MgSO3 وكبريتيت الكالسيوم CaSO3 ويمكن حساب الكمية اللازمة لهذا الغرض بسهولة وهذه هي نفس الطريقة المتبعة لحساب النسبة بين المتفاعلات:

    Basis: 100 lbs of coal with 1% sulfur.
    Dolomite is MgCO3 + CaCO3 (assume 50:50 mix)
    During heating, both carbonates decompose to MgO + CaO.
    Sulfur present = 1 lbs = 1/32 moles/100 lbs of coal
    CaO + SO2 ---------> CaSO3
    1/64 1/64 1/64
    MgO + SO2 --------> MgSO3
    1/64 1/64 1/64
    Then, total amount of dolomite =
    100*( 1/64 * Mwt of CaO ) + 100*( 1/64 * Mwt of MgO )
    = 2.86 lbs / 100 lbs of coal

    أما عن انبعاث أكاسيد النيتروجين فيمكن تقليل ذلك عن طريق أن يعمل المفاعل تحت ضغط عالى حيث يتم ضغط الهواء اللازم لعملية الاحتراق باستخدام ضاغط Compressor ثم يدخل بعد ذلك إلى المفاعل ...

    ================

    إعادة تدوير المتفاعلات Recycling Reactants

    في الحقيقة ليس من الصحيح أن تعتقد أن المتفاعلات التي يتم خلطها في المفاعل سوف تتفاعل بأكملها وتتحول إلى نواتج فلا يوجد مفاعل نسبة التحول فيه مئة في المئة 100% Conversion ولتدرك ذلك دعنا نتخيل سلوك التفاعل منذ البداية ... ما الذي يحدث؟!! ... في البداية تبدأ المواد المتفاعلة بالاتحاد مع بعضها البعض ويكون هذا سهلاً في البداية لكن مع تكون النواتج يصبح الآن متواجد داخل المفاعل مواد متفاعلة + نواتج التفاعل وهذه النواتج تعيق من فرصة المتفاعلات على التفاعل مع بعضها البعض وهكذا مع استمرار ضخ المتفاعلات إلى المغفاعل واستمرار تكون نواتج جديدة تزادا صعوبة فرصة تلاقي المتفاعلات مع بعضها البعض ... ولذلك لا تتحول المتفاعلات بأكملها إلى نواتج وتكون النتيجة هلى خروج نسبة من المتفاعلات مع الناتج الخارج من المفاعل.

    وهذا في حد ذاته يمل مشكلة فهو يعد إهدار للمواد الخام المستخدمة كمتفاعلات وخاصة إذا كانت غالية الثمن وأيضاً يتسبب في تلوث الناتج بالمتفاعلات ولا نحصل على ناتج نقي بنسبة 100% ولذلك فإن المفاعلات لا تعمل عند نسبة تحول Conversion Percent مئة بالمئة غلى الإطلاق فقد تكون هذه النسبة 15% أو 20% أو 70% ... أو حسب ظروف العملية.

    ومن هنا جاءت فكرة إعادة تدوير المواد المتفاعلة الخارجة مع النواتج إلى المفاعل مرة أخري، ويتم ذلك بإحدى طريقتين فإذا كانت المتفاعلات سهلة الفصل عن النواتج فيتم استخدام أحد طرق الفصل المشهورة وإعادة المتفاعلات مرة أخرى إلى المفاعل

    أما إذا كانت عملية فصل المتفاعلات عن النواتج صعبة أو مكلفة فيتم تقسيم الناتج إلى قسمين أن أنبوبتين إحداهما يمر فيها نسبة من خليط النواتج والأخري يمر بها الجزء المتبقي ويعاد إدخاله إلى المفاعل مرة أخرى مما يقلل من نسبة المتفاعلات التي تخرج مع نواتج التفاعل.

    دعنا الآن ندقق في هذه النقطة أكثر فقد لا يكون الأمر مقنعاً فكيف إذا تم إعادة إدخال جزء من خليط النواتج إلى المفاعل سيقلل لك من نسبة المتفاعلات قي النواتج ...؟!! ... ولنقتنع سوياً بذلك دعنا نجري عملية إتزان Material Balance ونرى نتيجة الحسابات وستبهر بالنتيجة:

    لنفترض بأنه مطلوب الحصول على ناتج يحتوي على نسبة من المتفاعلات لا تزيد عن 10% أي أن نسبة التحول يجب أن تكون 90% للتفاعل الذي بالأسفل وأن المفاعل المستخدم قد تم تصميمه ليعمل على نسبة تحول 70% Conversion Percent لأنه إذا تم تصميمه على نسبة تحول 90% سيتطلب حجم ومساحة ضخمة جداً... فما العمل إذاً ..؟؟!!!

    A+B ---->C
    تخيل معي أننا قمنا بقسم خط النواتج إلي قسمين متساويين أي إلى أنبوبتين كل منها يمر فيها 50% من خليط النواتج الأولى نأخذ الناتج منها مباشرة والثانية يتم إعادة دخولها إلى المفاعل



    في الدقيقة الأولي يدخل إلى المفاعل 1 مول من المادة A لتتحول إلى كل من B & C ولكن بنسبة حول 70% أي أن خليط النواتج يحتوي على 0.3 مول من المادة A و 0.7 مول من المادة B و 0.7 مول من المادة C ، وفي الدقيقة الثانية يدخل واحد مول جديد من المادة A في حين بتم إعادة إدخال نصف النواتج إلى المفاعل أي يدخل معه 0.15 مول من المادة A و 0.35 مول من المادة B و 0.35 مول من المادة C فيكون إجمالي المتفاعلات في الدقيقة الثانية هو 1.15 مول من المادة A والتي تتحول بنسبة 70% مكونة 0.805 مول من كل من B&C يضاف إليها 0.35 كانت قد أعيد إدخالها إلى المفاعل ليكون إجمالي النواتج الخارجة من المفاعل في الدقيقة الثانية هو 0.345 مول من المادة A و 1.16 مول من كل من B&C ثم يتم إدخال مول جديد من المتفاعلات في الدقيقة الثالثة وإعادة نصف كمية النواتج إلى المفاعل .... وهكذا ... وباستمرار الحسابات ستفاجأ بأنك في النهاية ستصل إلى أرقام ثابتة تكرر معك في كل مرة دقيقة جديدة وهذا ما يسمى بحالة الاستقرار Steady State في نظام المفاعل.
    إذن في النهاية بعد إتمام الحسابات سنجد أن النواتج التي حصلنا عليها تحتوي على 0.353 مول من المادة A و 1.63 مول من كل من B&C وبذلك تكون نسبة المتفاعلات في النواتج كالتالي:
    Percent of A in product stream with 50% recycle =
    (0.353 * 100) / (0.353 + 1.163 + 1.163)
    = 9.7%
    في حين أن هذه النسبة كانت 30% دون عمل إعادة تدوير جزء من خليط النواتج إلى المفاعل وبذلك نكون قد حصلنا على نسبة تحول 90% من مفاعل ليس له القدرة إلا على نسبة تحول 70%.
    وبزيادة نسبة النواتج التي يتم إعادة تدويرها تزداد نقاوة النواتج في النهاية إلا أن الأمر يستغرق وقتاً أطول لإتمام العملية لأن كمية الناتج التي يتم الحصول عليها تكون أقل، فمثلاً إذا كررنا المثال السابق ولكن بتدوير 90% من خليط النواتج فستكون نتائج حسابات الـ Material Balance كالتالي:



    وبهذه الطريقة يتم زيادة نقاوة النواتج أكثر ويتم تنفيذ هذه الحيلة في البداية أي أثناء الـ Start Up عن طريق تخزين نواتج بداية العملية والتي تخرج من خط الإنتاج محتوية على نسبة أعلى من المتفاعلات في خزانات احتياطية وبعد وصول العملية إلى حالة الاستقرار Steady State يتم تصدير الناتج مباشرة إلى الأسواق أو إلي عمليات معالجة أخرى إذا لزم الأمر أما الناتج الذي تم تخزينه في الخزانات في بداية الأمر فيتم ضخه تدريجياً مع المتفاعلات، وهناك طريقة أخرى لعمل ذلك وهي بإعادة تدوير كل النواتج التي نحصل عليها في بداية العملية إلى المفاعل مرة أخرى (أي 100% Recycle) وبعد الوصول إلى حالة الـ Steady State يتم فتح أنبوب النواتج ... وهكذا وقد تستغرق عملية بداية التشغيل Start Up بهذه الطريقة ساعات أو قد تمتد إلى أيام.

    وبالطبع تتطلب عملية إعادة التدوير Recycling لخليط النواتج إلى متطلبات إضافية فهي تحتاج إلى أنبوب إضافي ليمر فيه الناتج المعاد تدويره وكذلك يجب الحفاظ على درجة حرارة النواتج المعاد تدويرها عن طريق عزل الأنبوب الذي تمر فيه جيداً حتي تصل إلى المفاعل بأقل فقد في درجات الحرارة أيضاً نحتاج إلى ضاغط Compressor لضخ الناتج المعاد تدويره إلى المفاعل بنفس ضغط العملية ..... وهكذا.

    مع خالص تحياتي وتمنياتي بالإفادة
    م / أيمن رسلان

  2. [2]
    refiningboy
    refiningboy غير متواجد حالياً
    عضو


    تاريخ التسجيل: Oct 2006
    المشاركات: 49
    Thumbs Up
    Received: 0
    Given: 0
    22 مشاهدة ... ولا رد واحد

    لم أكن أتوقع ذلك

    0 Not allowed!



  3. [3]
    refiningboy
    refiningboy غير متواجد حالياً
    عضو


    تاريخ التسجيل: Oct 2006
    المشاركات: 49
    Thumbs Up
    Received: 0
    Given: 0
    22 مشاهدة ... ولا رد واحد

    لم أكن أتوقع ذلك

    0 Not allowed!



  4. [4]
    المهندسه ليى
    المهندسه ليى غير متواجد حالياً
    عضو فعال جداً
    الصورة الرمزية المهندسه ليى


    تاريخ التسجيل: Oct 2008
    المشاركات: 288
    Thumbs Up
    Received: 4
    Given: 0
    مشكور وبارك الله بيك على المجهود الرائع
    تحياتي

    0 Not allowed!



  5. [5]
    anas200007
    anas200007 غير متواجد حالياً
    جديد


    تاريخ التسجيل: Sep 2009
    المشاركات: 2
    Thumbs Up
    Received: 0
    Given: 0
    ماشاء الله ,بداية موفقة ان شاء الله ,اتمنى ان اراك وقد اصبحت من كبار الكتاب العلميين ان شاء الله.

    0 Not allowed!



  6. [6]
    جمال الليبى
    جمال الليبى غير متواجد حالياً
    عضو
    الصورة الرمزية جمال الليبى


    تاريخ التسجيل: Sep 2009
    المشاركات: 35
    Thumbs Up
    Received: 0
    Given: 0
    السلام عليكم
    بارك الله فيك اخى باش مهندس ايمن
    لقد وجدت فى الموضوع استفادة كبيرة حيث اننى اشتغل فى مجمع كيماوى ومن ضمن منتجاته مادة عديد كلوريد الفينيلpvcحيث نستخدم مجموعة من المفاعلات لانتاج هذه المادة.
    مشكور اخى الكريم.

    0 Not allowed!



  7. [7]
    مهندس المحبة
    مهندس المحبة غير متواجد حالياً
    عضو شرف


    تاريخ التسجيل: Dec 2007
    المشاركات: 4,642

    وسام الشكر

     وسام كبار الشخصيات

    Thumbs Up
    Received: 157
    Given: 0
    موضوع أكثر من رائع عاشت الأيادي وننتظر الجديد ..............

    0 Not allowed!





  8. [8]
    غريب الطباع
    غريب الطباع غير متواجد حالياً
    تم إيقافه لمخالفة القوانين


    تاريخ التسجيل: Sep 2009
    المشاركات: 284
    Thumbs Up
    Received: 1
    Given: 0
    جزاك الله كل خير على هذه المعلومات القيمة .

    0 Not allowed!



  9. [9]
    محمدجاسم العامري
    محمدجاسم العامري غير متواجد حالياً
    مشرف
    الصورة الرمزية محمدجاسم العامري


    تاريخ التسجيل: Jul 2009
    المشاركات: 3,532

    وسام الاشراف

    Thumbs Up
    Received: 38
    Given: 117
    مشكور جدا على الموضوع الشيق ونتمنى المزيد

    0 Not allowed!


    لنرجع الى لااله الا الله محمد رسول الله
    ونترك الشرك والذنوب
    (لا خير في لذة من بعدها النار )
    محمد جاسم العامري

  10. [10]
    محمد اسماعيل السيد
    محمد اسماعيل السيد غير متواجد حالياً
    عضو فعال
    الصورة الرمزية محمد اسماعيل السيد


    تاريخ التسجيل: Oct 2006
    المشاركات: 112
    Thumbs Up
    Received: 11
    Given: 2
    المهندس ايمن
    أشكرك على هذا الموضوع الممتاز وأرجو أن تلقى بعض الضوء على المفاعل الخاص بإنتاج alkyed resin
    ولك وافر الاحترام والتقدير ,,,

    0 Not allowed!



  
صفحة 1 من 2 12 الأخيرةالأخيرة
الكلمات الدلالية لهذا الموضوع

عرض سحابة الكلمة الدلالية

RSS RSS 2.0 XML MAP HTML