|
كيفية تصميم مفاعل
دليل تصميم المفاعل الكيميائي
,مبادئ تصميم المفاعل
,كتاب هندسة المفاعلات الكيميائية
كيفية تصميم مفاعل
يبدأ تصميم المفاعل من خلال التفاعل، وليس من خلال الوعاء. يتم الإجابة على السؤال "كيفية تصميم المفاعل" من خلال تسلسل:تحديد كمية الحرارة ونقل الكتلة، اختيار التكوين الذي يناسب الحركية، وحجمها، والتحقق من صحة التصميم قبل التصنيع. تخطي أي خطوة والسفينة قد تكون قابلة للبناء ولكن ليس قابلة للسيطرة.
هذه المقالة تدرس هذا التسلسل بالترتيب الذي سيستخدمه المهندس فعلاً، مع التفاوضات التي تقرر تصميم الصوت.
الخطوة الأولى: تحديد التفاعل والحركة
نبدأ بما يحدث فعلاً: قياس القوائم، قانون المعدل، وطاقة التنشيط من بيانات المختبر أو الأدب.تحديد ما إذا كانت التفاعل المرغوب فيه أسرع من ردود الفعل الجانبية في الظروف المستهدفة، لأن الانتقائية - وليس فقط التحويل - تدفع اقتصاد المفاعل. حيثما تشارك التحفيز ، لاحظ معدل إيقاف التشغيل ، لأنه يحدد عمر المحفز وتردد التجدد.
الخطوة الثانية: وضع ظروف التشغيل
- درجة الحرارة والضغط:تم اختيارها لتحقيق أقصى قدر من الانتقائية والسرعة مع الاحتفاظ بالحدود المادية والسلامة.
- مدة الإقامة:مستمدة من قانون سعر الفائدة وتحويل الهدف، ثم تم التحقق من تراكم رد فعل جانبية.
- التركيز والمرحلة:المجموعة، المجموعة المغذية، أو المستمرة؛ مرحلة واحدة أو متعددة؛ هذا الاختيار يقيد كل شيء أسفل.
الخطوة الثالثة: تحديد حجم الحرارة ونقل الكتلة
ميزان الحرارة
حساب درجة حرارة التفاعل ومعدل الإزالة أو الإضافة المطلوب. مقارنتها مع المساحة المتاحة باستخدام Q = UA دلتا T. إذا كان من غير الممكن تلبية المهمة من قبل سترة وحدها، وإضافة الملفات الداخلية، الارتداد،أو تخفيف العلفالدرجات الحرارية الخارجية مقاسها لأسوأ الحالات وليس المتوسط
نقل الكتلة
بالنسبة لأنظمة الغاز السائل أو السائل السائل ، تقدير معامل نقل الكتلة (على سبيل المثال ، kLa) اللازمة للاستيعاب الملاحظ. إذا تجاوز ما يمكن أن يقدمه الهندسة ، تغيير التشنج ، الضغط ،أو التحريك قبل تغيير حجم الوعاء.
الخطوة الرابعة: اختر التكوين
مطابقة الهندسة إلى الحركية. ردود الفعل السريعة والمتجانسة تناسب المفاعلات الأنبوبية أو التدفقية مع التحكم الضيق في الإقامة. ردود الفعل التي تحتاج إلى إقامة طويلة ومتساوية تفضل الخزانات المتحركة أو قطارات CSTR.ردود الفعل المحفزة متعددة المراحل تستخدم أسرة ثابتة أو سائلالتكوين هو نتيجة من الخطوات 1-3، وليس افتراض البداية.
الخطوة الخامسة: الحجم، تحديد المواد، والتحقق من صحة
- الحجم من وقت الإقامة والإنتاج:الحجم يتبع الإحتواء المطلوب، مع مراعاة مساحة البخار والتحريك.
- تحديد المواد والمساومة للتآكل:اختر المعدن أو الغطاء من كيمياء المُستجيب، وأضف مبلغًا من العمر.
- التحقق من صحة مع RTD/CFD والنموذج الأولي:تأكد أن الهندسة على نطاق كامل تعيد التمثيل على نطاق صغير قبل التصنيع.
- الوثيقة الخاصة بالرمز والفحص:إنتاج رسومات وخرائط لحام ونطاق NDT المقبول لـ ASME / PED أو التعليمات المعمول بها.
اختيار التكوين بواسطة الحركية
| الوضع الحركي | المفاعل المفضل | السبب |
|---|---|---|
| سريعة ومتجانسة | الأنابيب / التدفق | مراقبة إقامة صارمة |
| بطيء، يحتاج إلى وقت طويل RT | الخزان المخلط / CSTR | الإيقاف الموحد |
| محفز متعدد المراحل | السرير الثابت / السائل | منطقة اتصال المحفز |
| الحرارة المحدودة | أصغر + الملفوفات / الارتداد | النقش من المساحة إلى الحجم |
تصميم المفاعل هو تسلسل منضبطة، وليس اختيار الشكل. تحديد الحركية أولا، وضع الظروف، إثبات الحرارة ونقل الكتلة قابلة للإدارة،التصاميم التي تفشل في الخدمة عادة ما تكون تلك التي تخطت فيها التحديدات أو التحقق من صحة النقلتصميم موثّق جاهز للشفرة قبل التصنيع أرخص بكثير من بناء سفينة جديدة.
الأسئلة الشائعة (FAQ)
ما هي الخطوة الأولى في تصميم المفاعل؟
تصفيف التفاعل: قياس القوائم، قانون السرعة، طاقة التفعيل، والانتقاء مقابل التفاعلات الجانبية.والمواد تعتمد على هذا الأساس.
كيف تحدد حجم المفاعل؟
من وقت الإقامة المطلوب وسرعة الإنتاج، باستخدام قانون المعدل لتحويل وإضافة الإعفاء للمساحة البخارية، التحريك، والتآكل.ليس العكس.
لماذا نقل الحرارة مهم جدا في تصميم المفاعل؟
تتزايد حرارة التفاعل مع الحجم بينما تتزايد سطح التبريد مع المساحة ، لذلك يمكن للمفاعلات الكبيرة أو الحرارية الخارجية أن تتجمد أو تهرب.يجب إثبات استراتيجية التبريد ضد أسوأ حالة من الضرائب قبل تحديد الحجم.
كيف أختار بين المجموعة والمتواصلة؟
إذا كانت العملية متعددة المنتجات أو تحتاج إلى المرونة ، فستفوز المجموعة أو المجموعة المغذية. إذا كانت خطوة واحدة ذات حجم كبير حيث تحسن الحالة الثابتة الاتساق ، فإن القطارات المستمرة أو CSTR عادة ما تكون أفضل.
ما هو التحقق من صحة قبل التصنيع؟
توزيع وقت الإقامة (RTD) ودراسات ديناميكية السوائل الحاسوبية (CFD) ، بالإضافة إلى اختبارات القياس الحراري ونقل الكتلة ، تؤكد أن الهندسة الكاملة تستعيد السلوك الأصغر المثبت.
أيّ قانون يحكم تصميم المفاعل؟
عادةً ما تكون ASME القسم الثامن (الولايات المتحدة الأمريكية / المشاريع العالمية) ، PED / CE (أوروبا) ، أو المعايير الوطنية ، مع NDT وتتبع المواد مقياسًا إلى درجة الضغط والخطر للواجب.
