سازه راکتور

راکتور / آزمایشگاهی, پایلوت, راکتور, صنعتی

اصولی‌ترین و اولین بحث بعد از مشخص شدن هدف یک راکتور در مراحل ساخت، سازه راکتور است. در این مقاله پیرامون جنس بدنه، پوشش، زبری سطح، سایت گلس و پایه‌نگهدارنده(استراکچر) از سازه راکتور مطالبی ارائه می‌شود.

جنس بدنه

انتخاب مواد راکتور شیمیایی یک جنبه مهم در طراحی سازه راکتور شیمیایی است. بسته به ماهیت مواد شیمیایی درگیر در واکنش و همچنین شرایط عملیاتی (مانند دما و فشار)، مواد خاصی نسبت به مواد دیگر عملکرد بهتری خواهند داشت. فلزات رایج‌ترین کلاس مواد برای تجهیزات مهندسی شیمی هستند، زیرا ساخت آنها نسبتاً آسان است، استحکام بالایی دارند و در برابر شکستگی مقاوم هستند. شیشه در تجهیزات آزمایشگاهی شیمیایی رایج است، اما بسیار مستعد شکستگی است و بنابراین در مصارف صنعتی در مقیاس بزرگ کاربرد ندارد. در بین فلزات ‌می‌توان به فولاد ضد زنگ SUS304، SS316L، فولاد کم آلیاژ، تیتانیوم، نیکل، زیرکونیوم، یا هاستلوی، آلیاژ مونل و صفحه روکش فلزی اشاره کرد.

آخرین معیار مهم برای یک ماده خاص سازه راکتور، ایمنی آن است. مهندسان وظیفه دارند از ایمنی افرادی که تجهیزات را کنترل می‌کنند با به حداقل رساندن خطرات، اطمینان حاصل کنند. ملاحظات دیگر عبارتند از: استحکام، مقاومت در برابر شکست ناگهانی ناشی از شوک مکانیکی یا حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه. برای مقایسه مواد مختلف با یکدیگر، استفاده از نمودار ASHBY و کدهای مخزن تحت فشار ASME مفید می‌باشد.

پوشش

برای واکنش‌های با خوردگی بسار بالا مثلا هیدروکلریک‌اسید با غلظت بالا در دما و فشار بالا استنلس استیل جوابگو نیست. باید از سوپرآلیاژها یا اینکه تدبیری اندیشید تا از همان استنلس استیل استفاده کرد. با پوشش‌دهی سازه راکتور (قسمت داخلی) می‌توان از استنلس استیل استفاده کرد.

به طور معمول شش دسته پوشش‌دهی انجام می‌شود:

کلدینگ: امروزه برای افزایش مقاومت به سایش و خوردگی فلزات، سطح فلز اصلی را به وسیله یک فلز ارزان قیمت (از همان آلیاژ یا فلزات دیگر) پوشش می‌دهند که به این کار کلدینگ گفته می‌شود. در نتیجه این کار، علاوه بر کاهش چشم‌گیر هزینه‌های تولید و تعمیر نگهداری، عمر قطعات نیز افزایش می‌یابد.
گلس لاینینگ: گلس لاینینگ(پوشش شیشه) در یک فرآیند تا زمانی که ضخامت شیشه مورد نظر به دست آید، اسپری می شود و سپس بر روی سطح مواد مستقیم در دمای بالا ذوب می شود. در طول فرآیند تولید پوشیده و صیقلی می‌شوند و به راحتی قابل تمیزشدن هستند.
پاشش حرارتی: مواد فلزی یا غیرفلزی ریز تقسیم‌شده در حالت مذاب یا نیمه‌مذاب برای تشکیل پوشش رسوب می‌کنند. ماده پوشش ممکن است پودر، میله سرامیکی، سیم یا ماده مذاب باشد. در طول اعمال پوشش از روش اسپری حرارتی استفاده می شود.
رنگ اپوکسی: پوشش اپوکسی یک ترکیب پوششی است که از دو عنصر متمایز تشکیل شده است. یک رزین اپوکسی و یک سخت کننده پلی آمین (که به عنوان کاتالیزور نیز شناخته می شود). هنگامی که رزین و سخت‌کننده مخلوط می‌شوند، واکنش شیمیایی رخ می‌دهد که باعث ایجاد اتصال متقاطع عناصر در هنگام پخت می‌شود. با خشک‌شدن پوشش اپوکسی، محصول به دست آمده یک پوشش پلاستیکی بادوام و سخت با خواص مکانیکی بسیار مطلوب است.
پلیمری: پوشش های فلوئوروپلیمری دارای ترکیبی مفید از خواص مطلوب از جمله مقاومت در برابر آب و هوا و مانع خوردگی، بی اثری شیمیایی، تاخیر در شعله، نچسب بودن، اصطکاک کم و ثابت دی الکتریک بالا هستند. در نتیجه، این پوشش ها در صنایع متعددی کاربرد پیدا کرده اند.
کامپوزیتی: پوشش کامپوزیت ترکیبی از دو یا چند ماده است که در برابر خوردگی محافظت می کند. این نوع پوشش خاص عمدتا بر پایه اپوکسی و پلی اورتان و همچنین رزین است.

زبری سطح

گاهی اوقات سطح داخلی سازه راکتور که با واکنش‌دهنده‌ها در تماس است باید زبری سطح بسیار کمی داشته باشد. مثلا وقتی لازم باشد که استانداردهای مربوط به غذا و دارو را پاس کند. در این صورت زبری سطح در میکرون مدنظر است. در حالت مذکور نیاز است تا سازه راکتور با فرآیند الکتروپولیش صیقل داده شود تا به حد پاس کردن استاندارد برسد.

سایت گلس

سایت گلس(شکل1) شیشه رویت که به عنوان پنجره دید یا پنجره درگاه دید نیز شناخته می شود، یک پنجره مشاهده بصری است. این قسمت از زیرلایه های شیشه ای مقاومی مانند ساخته شده است و برای بررسی شرایط در لوله کشی، مخازن، راکتورهای شیمیایی یا سایر تجهیزات صنعتی کاربرد دارد. شیشه دید عموماً در معرض دماهای بالا، حملات شیمیایی و فشار بالا قرار می‌گیرد. بنابراین انتخاب بستر شیشه ای مناسب برای اطمینان از ایمنی حتی در سخت ترین شرایط محیطی حیاتی است.

پایه‌نگهدارنده(استراکچر)

پس از تکمیل مراحل ساخت و گردآوری تمام تجهیزات مورد نیاز باید روی یک استراکچر مونتاژ شوند. در راکتورهای در مقیاس آزمایشگاهی یک سه پایه ساده و یا بالابر هیدرولیکی در نظر گرفته می‌شود. برای پایلوت پلنت که شامل راکتور و تجهیزات دیگر باشد یک استراکچر نیاز است تا لوله‌کشی و ارتباط تجهیزات انجام شود. راکتورهای صنعتی نیز باید زیرسازی و استراکچر مناسب خود را داشته باشند. شکل 2 نمونه‌ای از یک پایه‌نگهدارنده(استراکچر) که سازه راکتور روی آن سوار شده را نمایش می‌دهد.