راکتور با فشار بالا چیست؟ ایمنی، طراحی و کاربردهای صنعتی

جواب دادن به سوال اصلي:یک راکتور با فشار بالا چیست و چگونه آن را برای عملکرد ایمن بالاتر از محدودیت های فشار استاندارد طراحی می کنند؟یک راکتور با فشار بالا یک ظرف تحت فشار است که برای انجام واکنش های شیمیایی در فشار های داخلی بیش از 15 psi (1.03 bar) طراحی شده است.آستانه ای که بالاتر از آن بخش VIII از قانون ASME در مورد دیه ها و ظروف تحت فشار طراحی تخصصی را لازم می کند.این راکتورها از فولاد کربن ساخته شده، فولاد ضد زنگ (304/316L) یا آلیاژ های عجیب مانند Inconel 625 و Hastelloy C-276 ساخته شده اند.با ضخامت دیواره ای که برای تحمل فشار های طراحی از 10 بار تا بیش از 1 بار محاسبه شده است500 بار در کاربردهای شدید مانند تولید پلی اتیلن کم تراکم (LDPE).

1اصول اصلی طراحی و ایمنی راکتورهای با فشار بالا

·** مطابق با کد ASME و محاسبه ضخامت دیوار**هر راکتور با فشار بالا مطابق با بخش 1 یا بخش 2 بخش VIII ASME طراحی شده است. ضخامت دیوار با فرمول t = (P × R) / (S × E − 0.6 × P) تعیین می شود، که در آن P فشار طراحی است،R شعاع استبرای فشارهای بالاتر از 1000 بار، تقسیم 2 با تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) اجباری است.

·** معماری ایمنی چند لایه **راکتورهای با فشار بالا دارای دستگاه های ایمنی اضافی هستند: یک دیسک شکستگی (دیسک شکستگی) که در 110٪ فشار طراحی شده به عنوان حفاظت اولیه از بیش از حد فشار تنظیم شده است.یک دریچه امدادی پرتاب شده به عنوان محافظت ثانویه، و سیستم های قفل که جلوگیری از باز کردن سر راکتور در حالی که فشار داخلی بیش از 0.5 بار است.دستیابی به محاصره بدون نشت برای رسانه های سمی یا قابل احتراق.

·** مدیریت حرارتی و تجزیه و تحلیل استرس **گرم کردن یا خنک کردن سریع گرادیانت های حرارتی را ایجاد می کند که استرس های ثانویه را در دیواره ظرف ایجاد می کند.طراحان از FEA استفاده می کنند تا تأیید کنند که فشارهای ترکیبی اولیه و ثانویه در زیر محدودیت های مجاز ASME باقی می مانندژاکت های چند منطقه ای یا کویل های خنک کننده داخلی سرعت حذف گرما را 50-500 kW / m3 فراهم می کنند که برای واکنش های بسیار exothermic مانند هیدروژنی کاتالیتیک ضروری است.

2انواع اصلی راکتورهای با فشار بالا

·** راکتور هیدروژنی کاتالیتیک**کار می کند در 20 × 200 بار با گاز هیدروژن بر روی کاتالیزورهای فلزی پشتیبانی شده (Pd / C ، Pt ، Ni). برای هیدروژنی چربی ، سنتز شیمیایی خوب و پالایش نفت استفاده می شود.آمیزش کننده های محرک مغناطیسی از محاصره هیدروژن بدون نشت اطمینان می دهند، و کویل های خنک کننده داخلی گرمای 120-150 kJ/mol هیدروژن را از بین می برند.

·** رآکتور مایعات فوق بحرانی **بالاتر از نقطه بحرانی مایع فرآیند کار می کند (به عنوان مثال CO2 در 31.1 °C و 73.8 بار، یا آب در 374 °C و 221 بار). راکتورهای فوق بحرانی تخریب زباله را امکان پذیر می کنند (SCWO)تشکیل ذرات داروییمواد باید هم فشار بالا و هم دمای بالا را تحمل کنند.

·** راکتور پلیمریزاسیون (آوتوکلاو یا لوله ای) **راکتورهای اتوکلاوی LDPE در 1500-3000 بار و 150-300 درجه سانتیگراد کار می کنند. طراحی هیپر کمپرسور و تحریک چند منطقه ای کنترل پلیمریزاسیون رادیکال های آزاد اتیلن را کنترل می کنند.راکتورهای لوله ای برای همان فرآیند می توانند به 3 برسند،500 بار با قطر داخلی کوچک تر از 50 میلی متر، نیاز به جعل لوله با فشار بالا تخصصی دارد.

انواع راکتور با فشار بالا ماتریس مقایسه

سوالات متداول (FAQ)

چه آستانه ای از فشار راکتور را تحت ASME به عنوان "ضغط بالا" واجد شرایط می کند؟

بخش هشتم کد جوشگاه و ظروف فشار ASME برای ظروف کار بیش از 15 psi (تقریباً 1.03 بار) اعمال می شود.بازرسی، و الزامات چاپ، از جمله گواهینامه U-stamp و بازرسی شخص ثالث.

چه تفاوتی بین یک دیسک شکسته و یک شیر ایمنی وجود دارد؟

یک دیسک شکستگی یک دستگاه یکبار مصرف است که با فشار دقیق کالیبراسیون شده می شکند و هوای کامل را فراهم می کند.یک شیر ایمنی یک شیر مکانیکی پرتاب شده با بهار است که به طور متناسب باز می شود و هنگامی که فشار پایین تر از نقطه تنظیم می رود دوباره بسته می شودرآکتورهای با فشار بالا معمولاً هر دو را به صورت سری استفاده می کنند: دیسک شکستگی به عنوان حفاظت اصلی و شیر کمک به عنوان ثانویه.

چرا در رآکتورهای فشار بالا از کوپلر های محرک مغناطیسی استفاده می شود؟

درایو های مغناطیسی باعث انتقال گشتاور از طریق یک پوسته جداکننده غیر مغناطیسی می شوند و مهر شیفت پویا را که رایج ترین مسیر نشت در راکتورهای متحرک است از بین می برند.این به یک سیستم بسته شده هیرمیتیک برای دست زدن به هیدروژن منجر می شود، گازهای سمی، یا مواد پیروفوریک در فشار بالا.

برای راکتورهای بالای ۱۰۰۰ بار از چه مواد استفاده می شود؟

فولاد های کم آلیاژ ساخته شده (مانند SA-372) با درمان اتوفریتج برای اتوکلاو های فوق فشار بالا استفاده می شود.پوشش با Inconel 625 یا Hastelloy C-276 مقاومت شیمیایی را فراهم می کند در حالی که فولاد پایه قدرت ساختاری را فراهم می کندسطوح داخلی نیز ممکن است برای مقاومت در برابر فرسایش با استیلایت سخت شوند.