راکتور بستر بسته بندی شده چیست؟

صنایع شیمیایی برای اقتصادهای سراسر جهان اهمیت قابل توجهی دارد و نقش مهمی در فرآیندهای مختلف از تولید آب آشامیدنی پاک تا تولید محصولات دارویی ایفا می کند. مهندسان شیمی با چالش تضمین سودآوری در بازار به سرعت در حال رشد و تکامل مواجه هستند. راکتورهای بستر بسته بندی شده به دلیل نرخ تبدیل بالا به ازای وزن کاتالیزور در مقایسه با سایر راکتورهای کاتالیستی یکی از رایج ترین راکتورهای مورد استفاده در صنایع شیمیایی هستند.

چگونه یک راکتور بستر بسته بندی شده کار می کند

راکتورهای بستر بسته بندی شده بسیار متنوع هستند و در بسیاری از کاربردهای پردازش شیمیایی مانند جذب، تقطیر، جداسازی، فرآیندهای جداسازی و واکنش‌های کاتالیزوری استفاده می‌شوند. در کاربردهای متنوعی که در آنها استفاده می شود، ابعاد فیزیکی تخت ها می تواند بسیار متفاوت باشد. راکتورهای معمولی شامل یک محفظه مانند لوله یا کانالی است که حاوی ذرات یا گلوله های کاتالیزور است و مایعی که از طریق کاتالیزور جریان می یابد. مایع در طول لوله با کاتالیزور تعامل می کند و ترکیب شیمیایی ماده را تغییر می دهد.

شماتیک زیر یک طراحی ساده از یک راکتور معمولی بستر بسته بندی شده را نشان می دهد:

چالش های طراحی راکتورهای بستر بسته بندی شده

هنگام طراحی یک راکتور بستر بسته بندی شده، طراحی باید شامل انتقال جرم (یا انتقال گونه ها) در بستر و همچنین انتقال حرارت و واکنش های شیمیایی باشد. درک و بهینه سازی انتقال حرارت از طریق بسترهای بسته بندی شده به منظور کاهش هزینه راه اندازی تجهیزات مهم است. کاتالیزور بسته بندی شده نیز برای مدل سازی موفق دستگاه بسیار مهم است. کاتالیزور را می توان به عنوان یک ساختار متخلخل مدل کرد که منجر به انتقال ذرات با مرتبه های مختلف می شود و تجزیه و تحلیل انتقال جرم و انرژی را به یک کار چالش برانگیز تبدیل می کند.

چالش دیگر هنگام طراحی این دستگاه ها در افت فشاری است که در طول رآکتور رخ می دهد. افت فشار را می توان با استفاده از ذرات کاتالیزور بزرگتر کاهش داد، اما این باعث می شود انتشار درون ذره کمتر شود و پیشرفت واکنش کندتر شود. مبادله در اینجا یافتن اندازه ذره ای است که به اندازه کافی بزرگ باشد تا افت فشار را محدود کند و به اندازه کافی کوچک باشد که اجازه دهد واکنش با سرعت کافی ادامه یابد. شعاع ذرات کاتالیزور معمولاً به ترتیب قدر 1 میلی متر است. فضای واقع بین ذرات به عنوان ساختار ماکرو متخلخل بستر توصیف می شود، در حالی که منافذ داخل کاتالیزور خود چیزی را تشکیل می دهند که به عنوان ریزساختار شناخته می شود.

برنامه های کاربردی مختلف

بسته به کاربرد در دست، انواع مختلفی از دستگاه را می توان طراحی کرد. نمونه هایی از این می تواند شامل دما و غلظت ورودی مختلف واکنش دهنده ها باشد، تغییراتی که می تواند بر سرعت واکنش و تبدیلی که رخ می دهد تأثیر بگذارد. علاوه بر این، بسته به کاربرد، اشکال بسته بندی مختلفی برای راکتورهای بستر بسته بندی شده وجود دارد که می تواند بر سرعت واکنش تأثیر بگذارد.

متغیرهای طراحی که ممکن است بسته به کاربرد تغییر کنند: قطر کاتالیزور (مساحت سطح فعال در واحد حجم ماده)، استحکام ساختاری، قابلیت ساخت، هزینه ساخت، حجم میکرو و ماکرو متخلخل، و خواص حمل و نقل، برای نام بردن از چند مورد.