اسطوانات المفاعل

أنواع مفاعلات الأسطوانات

مفاعلات الأسطوانات

مفاعلات الأسطوانات هي مفاعلات تستخدم لخلط أو تفاعل المواد. تتوفر أنواع مختلفة من مفاعلات الأسطوانات. يُعد مفاعل الأسطوانة الحيوي مفاعلًا عضويًا أسطوانيًا يستخدم للكائنات الحية. مُخمّر الأسطوانة هو جهاز يُستخدم في صناعات التخمير. عادةً ما يحتوي مُخمّر الأسطوانة على صمام دخول للمادة لدخول الحجرة بينما تحتوي على بعض منافذ خروج الغازات. سيحتوي مُخمّر الأسطوانة الرأسي على منفذ في الأسفل لخروج المنتج النهائي من الحجرة.

سيُنتج مفاعل الأسطوانة الكيميائي تفاعلات كيميائية وينقل السوائل إلى الداخل والخارج. سيقوم مُحلل الأسطوانة بتحليل المواد، وعادةً ما تكون عضوية. مثال على ذلك هو تحلل النفايات في معالجة مياه الصرف الصحي. سيُنتج مفاعل البيوجاز الأسطواني غاز البيوجاز من المواد العضوية من خلال التخمير اللاهوائي. النوعان الرئيسيان من مُحللات البيوجاز الأسطوانية هما القبة الثابتة وحاملات الغاز العائمة.

سيُستخدم مفاعل الفوتوبيولوجي الأسطواني الضوء لنمو الكائنات الحية. قد تشمل ذلك الطحالب والبكتيريا والطحالب الزرقاء. يمكن أن يكون مصدر الضوء ضوء الشمس الطبيعي أو الضوء الاصطناعي. يحتوي مفاعل التدفق الأسطواني على سوائل تتحرك بشكل مستمر في مفاعل أسطواني. قد لا يكون هناك تغيير في التركيز أو درجة الحرارة أو الضغط أثناء التفاعل الكيميائي. يحتوي مفاعل التدفق السدادي الأسطواني على سوائل تدخل المفاعل وتتحرك كـ "سدادة". على عكس مفاعلات التدفق، لا يوجد اختلاط داخل السدادة، وقد تختلف معدلات تدفق المواد المتفاعلة.

ستقوم مُبادلات الحرارة الأسطوانية بنقل الحرارة من سائل إلى آخر دون خلطها. يمكن أن تكون السوائل أو الغازات هي الوسائط، ويمكن أن تتم العملية في مفاعل أسطواني. سيقوم مرشح الأسطوانة بإزالة الشوائب، مثل مرشحات الكربون في الماء، عن طريق الامتزاز والمرور عبر المادة. ستُحبس الشوائب مثل الكلور والفلوريد والغبار عند مرور الماء عبر المسام.

سيقوم فَصّال الأسطوانة بفصل مراحل السوائل والغازات والمواد الصلبة على أساس الكثافة وحجم الجسيمات. سيشمل ذلك الأعاصير والمراكز الطاردة المركزية وخزانات الترسيب. يستخدم مُنشّط هيدروليكي طاقة السوائل لتحريك المكبس في حركة دائرية. على العكس من ذلك، يستخدم مُنشّط ميكانيكي التروس والبراغي لتحريك المكبس في مفاعل أسطواني. تتحكم الصمامات في حركة المكابس في مفاعلات الأسطوانات. سيُحكم صمام دوار تدفق الهواء في مفاعل أسطواني.

مواصفات وصيانة مفاعلات الأسطوانات

على الرغم من اختلاف نماذج وأنواع مفاعل الأسطوانة، إلا أن بعض المواصفات ستكون متشابهة.

• السعة

  سعة أسطوانة مفاعل كيميائي صناعي هي كمية المنتج باللتر أو بالغالون التي يمكن معالجتها في المفاعل في دورة واحدة. سيؤثر هذا على كمية المنتج التي يمكن للصناعة إنتاجها من التفاعلات الكيميائية باستخدام هذه المعدات كل شهر أو كل عام وبالتالي يؤثر على الربح المحتمل.

• حدود درجة الحرارة والضغط

  لكل تفاعل كيميائي درجة حرارة وضغط مثاليان يحدث فيه. ستكون لمفاعلات الأسطوانات حدود معينة لدرجة الحرارة والضغط المثاليين. إذا لم يحدث التفاعل داخل هذه الحدود، فقد يؤدي ذلك إلى انفجار أو يؤدي إلى منتج غير نقي. تحتاج الصناعات إلى معرفة حدود درجة الحرارة والضغط لمفاعل الأسطوانة بحيث تكون التفاعلات الكيميائية التي تُجرى فيها آمنة وتُنتج منتجات نقية.

• المادة

  ستؤثر المادة التي يصنع منها مفاعل الأسطوانة على كيفية توصيله للحرارة ومقاومته للتآكل. سيؤثر هذا على سرعة حدوث التفاعلات ومدة بقاء المعدات. على سبيل المثال، تُقاوم أسطوانات الفولاذ المقاوم للصدأ التآكل بشكل أفضل من الفولاذ الكربوني. لذلك، ستختار الصناعات التي تُعالج المواد الكيميائية المسببة للتآكل مفاعلات أسطوانات من الفولاذ المقاوم للصدأ بدلاً من الفولاذ الكربوني.

• التقليب

  تحتوي مفاعلات الأسطوانات على مُخلّط يُخلط المواد الكيميائية بحيث تتفاعل بشكل كامل. تختلف قوة التقليب لمختلف المُخلّطات. يجب أن تكون قوة التقليب مناسبة للمواد التي تُعالجها المفاعل. تُطلَب طاقة أكبر لخلط السوائل السميكة مقارنةً بالسوائل الرقيقة.

الصيانة

تُحتاج مفاعلات الأسطوانات إلى صيانة دورية. وإلا ستصبح التفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها أقل كفاءة، ولن يكون المنتج الذي يخرج به من الجودة الجيدة. تُضمن الصيانة المنتظمة من قبل المهنيين طول عمر المفاعل ونقاء المنتج.

بعض المهام التي سيتم إجراؤها على أساس منتظم هي:

• التحقق من أن أبواب المفاعل تُفتح وتُغلق
• التأكد من أن البراغي وأختام الضغط مضغوطة ومقاومة للتآكل
• التأكد من أن محامل المُخلّط مُزيتة جيدًا وأن أختام المحامل سليمة
• فحص حالة أي مُبادلات حرارية وتنظيفها إذا كانت تحتوي على مواد غريبة
• مراقبة الوصلات الكهربائية بحثًا عن التآكل والأسلاك السائبة
• اختبار مقاييس درجة الحرارة/الضغط ومعايرتها إذا لزم الأمر
• غسل داخل المفاعل لتجنب التلوث المتقاطع للمنتج

نظرًا لأن مفاعل الأسطوانة الكيميائي استثمار باهظ الثمن، فمن الأفضل أن نكون في الجانب الآمن، لذلك يجب على المستخدمين جدولة زيارات الصيانة للوقاية بشكل استباقي من أي أعطال مبكرة. قم بتوثيق جميع تاريخ الصيانة ومزود الخدمة المستخدم حتى تكون هذه المعلومات مفيدة في المستقبل وتُضيف إلى قيمة إعادة بيع المعدات.

سيناريوهات مفاعلات الأسطوانات

تُستخدم مفاعلات الأسطوانات في العديد من الصناعات. فيما يلي بعضها.

• مصانع معالجة المواد الكيميائية

  تُستخدم مفاعلات الأسطوانات على نطاق واسع في مصانع معالجة المواد الكيميائية لإجراء التفاعلات الكيميائية. عادةً ما يتم إجراء التفاعلات الكيميائية مثل الخلط والتخمير والتعادل في مفاعلات الأسطوانات. يعزز وجود المُخلّطات في هذه المفاعلات العمليات الكيميائية من خلال ضمان خلط مناسب للمواد المتفاعلة.

• تصنيع الأدوية

  تُستخدم مفاعلات الأسطوانات على نطاق واسع في صناعة الأدوية لإنتاج الأدوية والمكونات الفعالة. تُستخدم المفاعلات أثناء التفاعلات البيولوجية والكيميائية الحاسمة التي تحدث في إنتاج الأدوية. بالإضافة إلى ذلك، تتيح مفاعلات الأسطوانات ذات التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط أيضًا تنفيذ التفاعلات الكيميائية المعقدة بطريقة آمنة ومثلى.

• صناعة البتروكيماويات

  يمكن العثور على مفاعلات الأسطوانات في صناعة البتروكيماويات تقوم بعمل رائع في دعم تفاعلات الهيدروكربونات. على سبيل المثال، في مفاعلات التكسير الأسطوانية، تُفكك الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر. ينتج عن ذلك إنتاج منتجات قيّمة مثل البلاستيك والألياف الاصطناعية ومواد التشحيم.

• إنتاج الأغذية والمشروبات

  في إنتاج الأغذية والمشروبات، تُستخدم مفاعلات الأسطوانات غالبًا لعمليات التخمير. على وجه التحديد، تُستخدم مفاعلات الأسطوانات في إنتاج المشروبات الكحولية مثل البيرة والنبيذ والمشروبات الروحية. بمساعدة مفاعلات الأسطوانات، تُجري الكائنات الحية الدقيقة التخمير، وبالتالي تُحول السكريات إلى كحول وثاني أكسيد الكربون.

• صناعة الزراعة والأسمدة

  يُستخدم مفاعل أسطواني يُعرف باسم مُكَوِّن الحبيبات على نطاق واسع في صناعة الأسمدة. يُستخدم هذا النوع المعين من مفاعلات الأسطوانات لإنتاج الأسمدة الصلبة من خلال دمج المواد المنصهرة ودورانها داخل المفاعل. ينتج عن مزيج الحرارة والرطوبة تكوين حبيبات.

كيفية اختيار المفاعلات

اختر المفاعلات بناءً على الغرض المقصود والسعة والمواد وميزات التشغيل والمكونات الوظيفية الإضافية.

• مطابقة الغرض مع النوع:

  تُناسب أنواع مختلفة من المفاعلات عمليات كيميائية معينة. على سبيل المثال، يتناسب مفاعل التدفق، مثل CSTR، جيدًا مع التفاعل المستمر، بينما يكون مفاعل الدفعة أكثر ملاءمة للإنتاج المتقطع. قد تُفضل صناعة الطاقة مفاعل أنبوبي للتبخير الفعال للنفط الخام. على العكس من ذلك، يمكن لشركة معالجة الأغذية اختيار مفاعل تخمير مع ميكروبات وإنزيمات لإنتاج مركبات مثل الفيتامينات والأحماض الأمينية.

• تحديد الحجم المطلوب:

  يجب أن يتناسب حجم عمل المفاعل مع مقياس الإنتاج المقصود. يُؤدي اختيار سعة صغيرة جدًا إلى انخفاض الإنتاج، بينما يُؤدي التكبير غير الضروري إلى تكاليف غير ضرورية ومتطلبات مساحة. من المهم أيضًا تقدير الحجم بشكل صحيح، نظرًا لأن خليط التفاعل قد يرغى أو يتمدد أثناء المعالجة.

• اختيار المواد المناسبة:

  يجب أن تُقاوم مواد بناء المفاعل ظروف التشغيل. على سبيل المثال، قد تتطلب المفاعلات التي تُعالج عوامل مُسببة للتآكل فولاذًا مقاومًا للصدأ عالي السبائك أو طلاءات خاصة. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط هندسة عناصر الخلط داخل المفاعل أيضًا بالمواد المستخدمة. قد تحتاج السوائل الرقيقة أو اللزجة إلى تكوينات مُخصصة لخلط مناسب.

• التقرير عن ميزات التشغيل الرئيسية:

  خذ في الاعتبار السمات الأساسية مثل نطاقات درجة الحرارة والضغط وسرعة التقليب وطرق الإغلاق. اختر المفاعلات التي توفر التفاوتات المطلوبة للتفاعلات الكيميائية المحددة التي سيتم إجراؤها.

• فكر في المكونات الإضافية:

  تُزوّد بعض المفاعلات بملحقات وظيفية، مثل مُبادلات الحرارة، والتي يمكن أن تُعزز كفاءة التشغيل من خلال دمج التسخين أو التبريد مباشرةً داخل وعاء التفاعل. أيضًا، فحص المفاعل بحثًا عن منافذ فحص سهلة الوصول إليها ومآخذ تنظيف، مما يُتيح الصيانة الدورية والتعقيم.

س & ج

س1: كيف يعمل مفاعل الهندسة الكيميائية؟

ج1: يعمل مفاعل الهندسة الكيميائية من خلال توفير بيئة يمكن للمواد المتفاعلة فيها أن تصطدم بكمية كافية من الطاقة لإنتاج تفاعلات كيميائية. يشمل ذلك الخلط والتسخين أو التبريد وحمل المواد المتفاعلة.

س2: ما هي اتجاهات سوق مفاعلات المواد الكيميائية؟

ج2: من المتوقع أن ينمو سوق مفاعلات المواد الكيميائية في السنوات القادمة وفقًا لتحليل السوق الأخير. يرجع ذلك إلى زيادة الطلب على مفاعلات المواد الكيميائية في صناعة النفط والغاز بالإضافة إلى صناعات الأدوية ومبيدات الآفات.

س3: ما هي التحديات التي يواجهها سوق مفاعلات المواد الكيميائية؟

ج3: أحد التحديات الرئيسية التي يواجهها سوق مفاعلات المواد الكيميائية هي الحاجة إلى تطوير مفاعلات كيميائية أكثر كفاءة ويمكنها التعامل مع التفاعلات المعقدة.

س4: ما هي أنواع مفاعلات المواد الكيميائية؟

ج4: يوجد العديد من أنواع مفاعلات المواد الكيميائية. تشمل الأنواع الشائعة مفاعلات الدفعة ومفاعلات التدفق المستمر ومفاعلات الأنابيب ومفاعلات الخلط المزودة بالمحرك.