در صنایع شیمیایی کاربرد راکتورهای شیمیایی بسیار زیاد است که در تولید محصولات مختلفی نقش حیاتی دارند. بسیاری از صنایع از انواع مختلف راکتور برای تولید مواد شیمیایی مختلف استفاده می کنند. بنابراین راکتورها دستگاه هایی برای مهار و کنترل واکنش های شیمیایی هستند. طراحی و ساخت راکتور شیمیایی همزن دار CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) با میکسر پیشرفته به معنای طراحی و ساخت یک نوع راکتور شیمیایی است که در آن واکنش شیمیایی در یک مخزن پیوسته و به صورت تناوبی انجام میشود و میکسر پیشرفته برای افزایش انعطاف‌پذیری و بهبود عملکرد راکتور استفاده میشود.
انواع مختلفی از راکتورها با توجه به ماهیت واکنش ها وجود دارد و آنها عمدتاً به عنوان:
- راکتورهای زیستی
- راکتورهای شیمیایی
- راکتورهای همجوشی
طبقه بندی می شوند. اما با توجه به مفهوم مهندسی شیمی، انواع راکتورهای شیمیایی عمدتاً به عنوان
طبقه بندی می شوند. عمدتا راکتوربچ یک راکتور مخلوط یکنواخت است و ترکیب در همه جای راکتور یکسان است. این نوع راکتور عمدتاً در آزمایشگاه برای مطالعه سرعت واکنش در مقیاس آزمایشگاهی استفاده می شود. در حالی که راکتورهای PFR/لوله ای راکتوری پیوسته هستند که در آن ورودی خام و خروجی محصول به طور پیوسته است و راکتورهای PFR/لوله ای برای شسته شدن طلا از سنگ معدن استفاده می شود. راکتور شیمیایی چیست؟
در این مقاله سعی داریم به معرفی CSTR به عنوان راکتوری که به مخلوط کننده برگشتی شناخته می شود بپردازیم که رایج ترین نوع راکتور ایده آل در مهندسی شیمی است. این دستگاه ممکن است راکتور از نوع پیوسته یا دسته ای باشد لذا CSTR در فرآیندهای بیولوژیکی در بسیاری از صنایع برای ساخت آنتی‌بیوتیک‌ها، پلی‌اتن و غیره استفاده میشود.
محاسبه و بهینه سازی حجم راکتور های mixed و batch
در طراحی های نوین این دستگاه طبق استاندارد های ASME بهینه سازی در مصرف انرژی و تولید محصول به کمک نرم افزارهای شبیه سازی پیشرفته انجام میگیرد. هدف از بهینه‌سازی و مقیاس‌سازی راکتور شیمیایی میباشد تا شرایطی را فراهم می‌کند برای کمک به مهندسان شیمی و در صرفه‌جویی در زمان، پول و مواد اولیه. قسمت های الکترونیکی مثل سنسورهای دما و فشار، اضافه کردن عایق و پوشش های مختلف، عوامل و پارامترهای طراحی، بهینه سازی و افزایش مقیاس راکتورها به کمک مهندسین مجرب محاسبه میگردد.
| انواع راکتور | حجم مخزن | بازدهی محصول | کنترل دما و فشار |
| راکتور cstr | بالای 50 هزار لیتر | 80% | آنالوگ |
| راکتور batch | در حجم های مختلف | متناسب با PH محلول | PLC |
| راکتور ناپیوسته | مجموع حجم چند مخزن | 90% | دیجیتال PID |
| راکتور بستر ثابت | کمتر از یک متر مکعب | 74% | هوش مصنوعی |
| راکتور mixed | محاسبه با نرم افزار شبیه ساز | نامشخص | توسط اپراتور |
| راکتور پیوسته | طبق سفارش مشتری | 81% | ترکیبی مکانیکی و الکترونیکی |
| راکتورهای شیمیایی | بر اساس کاربرد | بین 75% تا 85% | ابزار دقیق PI |
| رآکتور PFR | با توجه به طول لوله | 93% | گیج های مکانیکی |
طراحی یک راکتور پیچیده، ترکیبی از CSTR، PFR، لوله ای و راکتور دسته ای همدما می باشد. شرکت پترو صنعت تاراز به عنوان یک تولید کننده راکتورهای شیمیایی در ساخت رآکتور شیمیایی موفق به بومی سازی دانش طراحی و ساخت انواع پیسرفته میکسر دار این دستگاه شده است.
سیستم راکتور پیوسته (CSTR) یک سیستم راکتور شیمیایی معمولی با ویژگی های غیرخطی پیچیده است که در آن کنترل کارآمد غلظت محصول در CSTR تنها از طریق مدل دقیق قابل دستیابی و محاسبه است. پس از استخراج مدل ریاضی سیستم، مدل خطی از مدل غیرخطی تفکیک خواهد شد و در نهایت با کمک شبیه ساز رایانه ای طراحی دقیق آن توسط مهندسین مجرب شرکت انجام میگیرد.
راکتور CSTR چیست؟
راکتور شیمیایی همزن دار CSTR یک راکتور پیوسته است که در آن محلول واکنشی به طور پیوسته به راکتور وارد میشود و محصولات واکنش و محلول راکتور نیز به صورت پیوسته تخلیه می‌شوند. در این نوع راکتور، میکسر پیشرفته به منظور ایجاد مخلوط همگن و ترکیب مناسب مواد و همچنین افزایش انتقال جرم و حرارت در داخل راکتور استفاده میشود. میکسر پیشرفته در راکتور CSTR می‌تواند شامل ویژگی‌هایی مانند سیستم پره‌های همزن، سیستم جریان چندگانه، سیستم تزریق مواد واکنشی، سیستم تغذیه دقیق و سیستم کنترل خودکار باشد. این امکانات به عملکرد بهتر راکتور و بهینه‌سازی شرایط واکنش کمک می‌کنند. طراحی و ساخت راکتور شیمیایی همزن دار CSTR با میکسر پیشرفته شامل موارد زیر میشود:
- انتخاب و طراحی نوع میکسر مناسب برای ترکیب مواد و حرکت دادن محلول در راکتور به صورت همگن.
- طراحی دقیق ابعاد و شکل راکتور برای تضمین ترکیب مناسب و خلوص محصولات واکنش.
- انتخاب و استفاده از سیستم‌های جریان چندگانه برای بهبود ترکیب و انتقال جرم در داخل راکتور.
- ایجاد سیستم تزریق مواد واکنشی به صورت دقیق و کنترل شده.
- ایجاد سیستم تغذیه دقیق برای کنترل جریان و مواد مورد نیاز در راکتور.
- ایجاد سیستم کنترل خودکار برای کنترل پارامترهای عملیاتی مانند دما، فشار، و جریان.
این طراحی و ساخت باعث بهبود کارایی و کنترل بهتر راکتور شیمیایی CSTR میشود و امیکسر پیشرفته امکان بهبود عملکرد و کیفیت محصولات واکنش را فراهم می‌کند.
در این فن آوری نوین، برای ساخت میکسر و همزن پیشرفته دستگاه یک کنترل کننده PI معمولی و یک کنترل کننده PID برای راکتور مخزن دار پیوسته برای کنترل غلظت CSTR خطی استفاده میشود. مطالعه و آزمایش شبیه سازی آن در MATLAB SIMULINK انجام میگیرد تا بهترین کنترل کننده با مقایسه معیارهای پاسخ مانند زمان ته نشینی، زمان افزایش، درصد بیش از حد و خطای حالت پایدار انتخاب شود. تجربیات شرکت پترو صنعت تاراز نشان میدهد که در نتایج به دست آماده از شبیه سازی، کنترل کننده PID عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده PI معمولی دارد. جهت اطلاعات بیشتر و مشاوره با شماره 09133753907 واحد بازرگانی شرکت پترو صنعت تاراز تماس بگیرید.
