بررسی عوامل مؤثر بر انتخاب نوع ریاکتور (بستر ثابت یا بستر سیال) در صنایع کیمیاوی
کلمات کلیدی:
انتقال کتله, انتقال حرارت, ریاکتور بستر ثابت, بسترسیال, صنایع کیمیاویچکیده
ریاکتورها از جمله مهمترین تجهیزات در صنایع کیمیاوی اند که برای انجام تعاملات کیمیاوی مورد استفاده قرار میگیرند. انتخاب نوع ریاکتور مناسب برای یک پروسه تکنالوژیکی، سبب می شود؛ تا محصولات کیمیاوی با کیفیت بلند و مصرف کمتر انرژی در مدت کوتاه تولید گردند. هدف از این تحقیق دریافت نوع ریاکتور مناسب در تولیدات معین بوده که برای شناسایی آن از منابع معتبر علمی داخلی و خارجی استفاده صورت گرفت. مطالعات نشان داد که ریاکتورهای بستر ثابت از یک بستر جامد متخلخل تشکیل شده که سیال تعامل کننده از آن عبور کرده و تعاملات کیمیاوی در سطح ذرات بستر کتلستی یا غیر کتلستی انجام میشود. ریاکتورهای بستر سیال نیز از یک بستر حامل متخلخل تشکیل شده که توسط سیال تعامل کننده بهحالت تعلیق درآمده و ذرات موجود در حال حرکت بوده و تعاملات کیمیاوی در سطح این ذرات انجام میشود و هر دو نوع ریاکتور برتری و معایب خاص خود را دارند. ریاکتورهای بستر ثابت برتری مانند سادگی طراحی و ساخت، سهولت در استفاده و مصارف کم دارند. با این حال، معایبی مانند تشکیل نقاط داغ و ظرفیت محدود انتقال کتله و حرارت را نیز دارند. ریاکتورهای بستر سیال نیز برتری؛ مانند: اختلاط عالی سیال، توزیع یکنواخت حرارت، ظرفیت بلند انتقال کتله، حرارت و عدم موجودیت نقاط داغ را دارند. از سویی هم، معایبی مانند پیچیدگی در طراحی و ساخت، فرسایش ذرات بستر را نیز دارند. با در نظرداشت موارد فوق میتوان نتیجه گرفت که انتخاب نوع ریاکتور مناسب در صنایع کیمیاوی به عوامل مختلفی مانند نوع تعامل، شرایط عملیاتی و الزامات پروسه تکناولوژیکی بستگی دارد.
مراجع
Andrigo, P., Bagatin, R., & Pagani, G. (1999). Fixed bed reactors. Catalysis today, 52(2-3), 197-221.
Avila, P., Montes, M., & Miró, E. E. (2005). Monolithic reactors for environmental applications: A review on preparation technologies. Chemical engineering journal, 109(1-3), 11-36.
Bhavanam, A., & Sastry, R. C. (2011). Biomass gasification processes in downdraft fixed bed reactors: a review. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 2(6), 425-433.
Dixon, A. G., & Partopour, B. (2020). Computational fluid dynamics for fixed bed reactor design. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 11, 109-130.
Eigenberger, G., & Ruppel, W. (2000). Catalytic fixed‐bed reactors. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.
Ermolaev, V. S., Gryaznov, K. O., Mitberg, E. B., Mordkovich, V. Z., & Tretyakov, V. F. (2015). Laboratory and pilot plant fixed-bed reactors for Fischer–Tropsch synthesis: Mathematical modeling and experimental investigation. Chemical Engineering Science, 138, 1-8.
Elnashaie, S. S. (2022). Modelling, simulation and optimization of industrial fixed bed catalytic reactors. Routledge.
Florit, F., Busini, V., Storti, G., & Rota, R. (2019). Kinetics-free transformation from non-isothermal discontinuous to continuous tubular reactors. Chemical Engineering Journal, 373, 792-802.
Froment, G. F., & Hofmann, H. P. (2020). Design of fixed-bed gas-solid catalytic reactors. In Chemical reaction and reactor engineering (pp. 373-440). CRC Press.
Geske, M., Korup, O., & Horn, R. (2013). Resolving kinetics and dynamics of a catalytic reaction inside a fixed bed reactor by combined kinetic and spectroscopic profiling. Catalysis Science & Technology, 3(1), 169-175.
Hayes, R. E. (2020). Introduction to chemical reactor analysis. CRC Press.
Kwong, K. Y., & Marek, E. J. (2021). Combustion of biomass in fluidized beds: a review of key phenomena and future perspectives. Energy & Fuels, 35(20), 16303-16334.
Kahraman, R., Shrimpton, J., Luo, K., Gu, S., & Armstrong, L. M. (2014). Novel wall design for circulating fluidized bed reactors. In Proceedings of the 11th International Conference on Fluidized Bed Technology (CFB-11) (pp. 14-17).
Kolios, G., Frauhammer, J., & Eigenberger, G. (2000). Autothermal fixed-bed reactor concepts. Chemical Engineering Science, 55(24), 5945-5967.
Kressmann, S., Morel, F., Harlé, V., & Kasztelan, S. (1998). Recent developments in fixed-bed catalytic residue upgrading. Catalysis Today, 43(3-4), 203-215.
Lee, D. J., Jegatheesan, V., Ngo, H. H., Hallenbeck, P. C., & Pandey, A. (2017). Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. Biological treatment of industrial effluents.
Li, J., Liao, S., Dan, W., Jia, K., & Zhou, X. (2012). Experimental study on catalytic steam gasification of municipal solid waste for bioenergy production in a combined fixed bed reactor. Biomass and Bioenergy, 46, 174-180.
Luyben, W. L. (2007). Chemical reactor design and control. John Wiley & Sons.
Mahecha‐Botero, A. (2020). Catalytic fluidized bed reactors. Essentials of Fluidization Technology, 333-361.
Mann, U. (2009). Principles of chemical reactor analysis and design: new tools for industrial chemical reactor operations. John Wiley & Sons.
Sahoo, S. (2012). Fluidized bed reactor: design and application for abatement of fluoride (Doctoral dissertation).
Trambouze, P. (2004). Chemical reactors. Editions OPHRYS.
Thomson, C. G., Lee, A. L., & Vilela, F. (2020). Heterogeneous photocatalysis in flow chemical reactors. Beilstein Journal of Organic Chemistry, 16(1), 1495-1549.
Witt, P. M., & Hickman, D. A. (2022). Fluidized‐bed reactor scale‐up: Reaction kinetics required. AIChE Journal, 68(9).
Wikipedia contributors. (2024, June 5). Fluidized bed reactor. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 05:39, June 22, 2024, from https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluidized_bed_reactor&oldid=1227340542
Wehinger, G. D., Eppinger, T., & Kraume, M. (2015). Detailed numerical simulations of catalytic fixed-bed reactors: Heterogeneous dry reforming of methane. Chemical Engineering Science, 122, 197-209.
Wehinger, G. D., Eppinger, T., & Kraume, M. (2015). Evaluating catalytic fixed‐bed reactors for dry reforming of methane with detailed CFD. Chemie Ingenieur Technik, 87(6), 734-745.
Werther, J. (2000). Fluidized‐bed reactors. Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry.
Rudniak, L., Machniewski, P. M., Milewska, A., & Molga, E. (2004). CFD modelling of stirred tank chemical reactors: homogeneous and heterogeneous reaction systems. Chemical Engineering Science, 59(22-23), 5233-5239.
Yates, J. G., & Lettieri, P. (2016). Fluidized-bed reactors: processes and operating conditions (Vol. 26, p. Springer). Basel, Switzerland: Springer International Publishing.
