فرآیندهای صنعت پتروشیمی

[P O U R I A]

با سلام
در این تاپیک سعی می کنم به طور مختصر کل فرایند هایی که در صنایع پتروشیمی با انها سر و کار داریم رو توضیح بدم.

اینها تنها نکاتیست که خودم جمع آوری کردم و به مرور زمان اونها رو تایپ می کنم و براتون قرار میدم .


موفق باشید.

 

[P O U R I A]

گوگرد زدایی - [ desulfurization ]

گوگرد زدایی - [ desulfurization ]

جداسازی ترکیبات گوگرد دار از هیدرو کربنها را گوگردزدایی می گویند.
در صورتی که این عمل به کمک هیدروژن صورت گیرد آن را گوگرد زدایی با هیدروژن می نامند.
در این فرایند معمولا هیدروژن سولفید به دست می آید.
واکنش گوگرد زدایی با هیدروژن عموما در حضور کاتالیزور و در دمایی حدود 300 تا 500 درجه سانتی گراد صورت میگیرد.

 

[P O U R I A]

کراکینگ Cracking

کراکینگ Cracking

فرایندیست که در صنایع پتروشیمی کاربرد داشته و برای کاهش وزن مولکولی هیدروکربنها به وسیله شکستن پیوند های آنها استفاده میشود.
این فرایند از روش های اصلی برای تبدیل نفت خام به سوخت هی مفید مانند بنزین، گازوئیل، سوخت جت و نفت سفید است.
کراکینگ گرمایی، کراکینگ کاتالیستی، هیدروکراکینگ و کراگینگ با بخار آب از متداول ترین انواع روش های کراکینگ در صنایع است.
این فرایند یا در دما و فشار بالا و بدون کاتالیزور انجام می شود و یا در دما و فشار پایین و در حضور کاتالیزور انجام می شود.
منبع اصلی هیدروکربن های بزرگ ،برش های نفت سفید یا بنزین در فرایند تقطیر جزء به جزء نفت خام می باشد.
این برش های نفتی به صورت مایع از فرایند تقطیر به دست می ایند. اما پیش از فرایند کراکینگ دوباره تقطیر می شوند.
در فرایند کراکینگ تها یک واکنش منحصر به فرد رخ نمی دهد.
پیوند هیدروکربن ها به صورت اتفاقی می شکند و مخلوطی از هیدروکربن های کوچکتر را ایجاد می کند که برخی از انها هیدروکربن های دارای پیوند های دوگانه کربن-کربن هستند.

 

[P O U R I A]

کراکینگ - ساز و کار فرایند

کراکینگ - ساز و کار فرایند

کراکینگ یک سار و کار رادیکالی دارد.
در ابتدا تعدادی از مولکول ها به رادیکال های ازاد شکسته می شوند که برای شروع فرایند الزامیست . (در اینجا برای نمونه شکست مولکول های اتان را بررسی کردم.)

CH۳CH۳ → 2 CH۳​

سپس رادیکال های ایجاد شده به مولکول های دیگر برخورد کرده و یک مولکول متان و یک رادیکال دیگر ایجاد می کند.

CH۳ + CH۳CH۳ → CH۴ + CH۳CH۲​

رادیکال های اتان می توانند خود تجزیه شده و یک رادیکال هیدروژن و یک مولکول اتنکه یک الکن است تشکیل دهند.
این واکنش در شرایطی که کراکینگ با بخار آب انجام شود رخ میدهد.

CH۳CH۲ → CH۲=CH۲ + H
​

رادیکال های اتان در برخورد با مولکول های اتن به رادیکال های بزرگ تر تبدیل می شوند که معمولا در تشکیل ترکیبات اروماتیک رخ میدهد.

CH۳CH۲ + CH۲=CH۲ → CH۳CH۲CH۲CH۲
​

این فرایند زنجیره ای زمانی که 2 رادیکال آزاد با یکدیگر برخورد می کنند خاتمه می یابد.

CH۳[SUP]•[/SUP] + CH۳CH۲[SUP]•[/SUP] → CH۳CH۲CH۳CH۳CH۲[SUP]•[/SUP] + CH۳CH۲[SUP]•[/SUP] → CH۲=CH۲ + CH۳CH۳​

همان طور که مشخص است در این فرایند مولکول های هیدروژن ، آلکن ، هیدروکربن های کوچکتر و در برخی شرایط هیدروکربن های سنگین تر تولید می شود.
در نتیجه محصولات تولیدی در فرایند کراکینگ مجموعه ای از هیدروکربن های با وزن مولکولی متفاوت است که در مرحله بعد باید از هم جدا شوند .
هیدروکربن های سبک به عنوان محصول فرایند خارج شده و هیدروکربن های سنگین تر دوباره به راکتور برگردانده می شوند.

 

[P O U R I A]

کراکینگ حرارتی - پیرولیز

کراکینگ حرارتی - پیرولیز

در کراکینگ گرمایی ، الکان ها را بطور ساده از درون اتاقی که تا دمای بالا گرم شده است عبور می دهند .
الکان های بزرگ به الکان های کوچکتر، الکن ها و مقداری هیدروژن تبدیل می شوند.
این فرایند مقدار زیادی اتیلن CH4 همراه با مولکول های کوچکتر دیگر به وجود می اورد.
در طی این فرایند خوراک در داخل کوره تا دمای 950 تا 1020 درجه فارنهایت گرم می شود.
مدت حرارت دیدن خوراک باید کوتاه باشد. تا از انجام واکنش های شیمیایی در طول فرایند جلوگیری شود.
در غیر این صورت مقدار زیادی کک تشکیل شده که لوله های کوره را مسدود کرده و موجب توقف فرایند می شود.
اگر چه تولید اندکی کک اجتناب ناپذیر است.
سپس خوراک حرارت دیده به داخل راکتور انتقال یافته و در فشار بالا مولکول های آن شکسته می شوند.

 

[P O U R I A]

کراکینگ گرمایی در حضور بخار آب

کراکینگ گرمایی در حضور بخار آب

در این فرایند اصلاح شده ، که کراکینگ با بخار آب نامیده می شود ، هیدروکربن را با بخار آب رقیق می کنند ، به مدت کسری از ثانیه تا 700 - 900 درجه سانتی گراد حرارت میدهند و به سرعت سرد می کنند.

کراکینگ با بخار آب در تولید مواد شیمیایی هیدروکربنی از جمله اتیلن ، پروپیلن ، بوتادین ، ایزوپرن و سیکلو پنتادیان اهمیت فراوان دارد.

 

[P O U R I A]

کراکینگ کاتالیزوری

کراکینگ کاتالیزوری

کراکینگ بیشتر در جهت تولید سوخت به کار گرفته می شود و در نه در جهت تولید مواد شیمیایی. برای این منظور ، کراکینگ کاتالیزوری مهمترین فرایند است .

برش هایی از نفت را که دمای جوش بالا دارند (نوعا گازوئیل) در 450 - 550 درجه سانتی گراد با ذرات ریز سیلیس - آلومین و زیر کمی فشار ، مجاور می سازند.

کراکینگ کاتالیزوری نه تنها با شکستن مولکول های کوچکتر بازده بنزین را افزایش می دهد ، بلکه کیفیت بنزین را نیز افزایش می دهد.

این فرایند مستلزم تشکیل کربو کاتیونهاست. و آلکان هایی با ساختار های بسیار شاخه دار به وجود می اورد. که در بنزین به انها نیاز مندیم .

 

[P O U R I A]

کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال

کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال

Fluid Catalytic Cracking بصورت مخفف FCC نامیده می شود که از فرایند های مهم در پالایشگاه های نفت محسوب میشود. چرا که این روش فرایند اصلی تولید بنزین محسوب می شود.
این نوع از کراکینگ اولین بار در سال 1942 در پالایشگاه Baton Rouge refinery استفاده شد.
همانند روش های دیگر کراکینگ ، هیدروکربن های پیچیده و بزرگ که باقیمانده واحد های دیگر پالایشگاهی هستند به عنوان خوراک برای فرایند FCC به کار می روند.
محصولات این فرایند نیز برشش های سبک تری مانند بنزین ، گاز مایع LPG و مواد اولیه واحد های پتروشیمیست .
فرایند کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال شامل 2بخش اصلیست: راکتور و احیاگر
همچنین در انتها یک برج جداسازی برشهای شکسته شده را با توجه به نقطه جوش آنها جدا میکند.
در داخل راکتور واکنش شکستن هیدروکربنها که واکنش گرماگیر است، انجام میشود و در احیاگر نیز کاتالیزورهای غیر فعال شده مجددا احیا میشوند.
کاتالیزور مورد استفاده در این روش عمدتا زئولیت بوده و به صورت پودر در فرایند به کار میرود.
در این روش کاتالیزور بین راکتور و احیاگر به صورت مداوم در حال گردش است و عامل انتقال کاتالیزور نیز هوا، بخارات هیدروکربن و یا بخار آب است.

​

در بخش راکتور ابتدا مخلوط هیدروکربنها گرم شده تا بخار شوند سپس با جریان از کاتالیزورهای احیا شده که از احیاگر میاید و جریان برگشت ترکیب شده و از طریق رایزر به راکتور منتقل می شود.
دمای داخل راکتور 900 تا 1000 درجه فارنهایت است.
در هنگام که مخلوط در حال بالا رفتن از رایزر است، هیدروکربنها در فشار 10 تا 30 psi شکسته می شوند.
در روش های مدرن تر FCC تمام فرآیند شکسته شدن مولکول ها در رایزر رخ می دهد.
در قسمت بالای راکـتور دستگاه جداساز گاز از جامد یا سیکلون کاتالیزورهای غیر فعال را به بخش احیاگر فرستاده و بخارات هیدروکربن های شکسته شده را از بالای راکـتور به برج جداسازی می فرستد.
در بخش احیاگر کاتالیزورهای مصرف شده دوباره احیا شده و قابل استفاده در راکـتور می شوند.
علت اصلی غیر فعال شدن کاتالیزورها در این روش رسوب لایه ای از کک بر روی کاتالیزور است.
به منظور از بین بردن این کک های رسوب کرده در بخش احیاگر از قسمت پایین هوای داغ به داخل دمیده می شود تا کک موجود روی سطح کاتالیزور با هوا سوخته شده و از بالای احیاگر خارج شود و کاتالیزورهای فعال شده نیز مجددا برای انجام واکنش به راکـتور بر می گردد.
این فرآیند چرخش به طور مداوم انجام می شود.
فرآیند سوختن کک روی کاتالیزورها علاوه بر فعال کردن کاتالیزگر، گرمای مورد نیاز برای تبخیر خوراک و انجام واکنش شکست در داخل راکـتور مورد استفاده قرار می گیرد.
در بالای احیاگر نیز مانند راکـتور دستگاه سیکلون، گازهای ناشی از سوختن کک را به بالای احیاگر هدایت کرده و کاتالیزورهای احیا شده را دوباره به راکـتور بر می گرداند.
هیدروکربن های شکسته شده پس از خروج از راکـتور وارد برج جداسازی می شود و براساس دمای جوش از یکدیگر جدا می شوند.

 

[P O U R I A]

کراکینگ با هیدروژن یا هیدرو کراکینگ

کراکینگ با هیدروژن یا هیدرو کراکینگ

هیدروکراکینگ یک فرایند شیمیایی کاتالیستی است.

در فرآیند پالایش نفت خام از این روش برای تبدیل نفت خام به مواد با ارزش تر مانند: بنزین، سوخت جت، نفت سفید و سوخت دیزل استفاده می شود.

این فرآیند در دماهای بالا ( ۴۲۵–۲۶۰ سانتی گراد) و فشار بالا ( ۷-۱۷ مگاپاسکال) انجام می شود. این فرآیند شامل دو مرحله میباشد: کراکینگ کاتالیستی و هیدروژناسیون.

که در طی این مراحل خوراک ورودی، در حضور هیدروژن به محصولات با ارزش افزوده بیشتر شکسته می شود.

این فرایند در فشار و دمای بالا و با حضور کاتالیست و هیدروژن انجام می شود.

هیدروکراکینگ برای خوراک هایی مورد استفاده واقع می شود که فرایندهای کراکینگ کاتالیستی یا تبدیل کاتالیستی در مورد آن ها به سختی انجام می گیرد.

مانند نفت خامی که غنی از آروماتیک های پلی سیکلیک بوده یا حاوی غلظت های بالای ترکیبات گوگرد و نیتروژن که مسموم کننده کاتالیست ها هستند.

 

[P O U R I A]

محصولات جانبی فرایند کراکینگ

محصولات جانبی فرایند کراکینگ

همانطور که در سازوکار فرآیند دیده می شود،علاوه بر آلکان های کوچکـتر حاصل،برخی از هیروکربن های آروماتیک و یا آلیفاتیک تولید می شوند.

ولی مهم ترین محصول جانبی این فرایند دوده یا کک است.

این ماده که به طور عمده از کربن تشکیل شده است ،هم در کراکینگ گرمایی و هم در کراکینگ کاتالیزوری و بر روی کاتالیزگر ها تشکیل می شود.

دوده جز مواد پر کاربرد و در عین حال ارزان قیمت است که در صنایعی چون لاستیک سازی و رنگ سازی به عنوان رنگدانه سیاه کاربرد دارد.

 

[P O U R I A]

پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیون فرایندی است که طی آن یک پلیمر تهیه می شود.
پلیمرها مولکولهایی بزرگ به شکل زنجیره های طولانی هستند (ماکرومولکولهای یا بزرگ مولکولها) که با اتصال تعداد زیادی از مولکولهای تکراری کوچک به نام مونومرها ایجاد می شوند.
زنجیره های کوچک ایجاد شده در فرایند سنتز یا تخریب پلیمرها، الیگومر نامیده می شوند. پلیمرها بسیار گسترده هستند، آنها می توانند مصنوعی (مانند نایلون) یا طبیعی باشند (مثل لاستیک وپشم).
نمونه ای از فرایند پلیمریزاسیون فرمالدئید :

دسته بندی انواع بسپارش
دسته بندی بر اساس مکانیسم واکنش

1. بسپارش رادیکالی
2. بسپارش آنیونی
3. بسپارش کاتیونی

دسته بندی بر اساس امکان تشکیل مولکول دیگری غیر از بسپار

1. بسپارش تراکمی Condensation polymerization
2. بسپارش افزایشی Addition polymerization

مرحله ای-زنجیره ای

دسته بندی بر اساس محیط انجام واکنش

1. بسپارش توده ای Bulk polymerization
2. بسپارش امولسیونی Emulsion polymerization
3. بسپارش محلولی Solution polymerization

 

[P O U R I A]

پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیون

پلیمرهای تراکمی :

پلیمرهای تراکمی ترکیباتی هستند که از مونومرهای چندعاملی توسط انواع گوناگون واکنش های تراکمی در شیمی آلی حاصل می شوند.

این واکنش ها با حذف مولکولهای کوچکـتری چون آب همراه می باشند.

واکنشهای پلیمریزاسیون زنجیره ای:

در پلیمریزاسیونهای زنجیره ای وجود یک مرکز فعال برای شروع واکنش لازم و ضروری می باشد.

به همین دلیل در این نوع واکنشها حضو ر شروع کننده عمدتاً ضروری است.

نوع شروع کننده خصوصیات مرکز فعال را تعیین می کند.



این مرکز فعال می تواند رادیکال آزاد، کاتیون، آنیون و یا مراکز یونی ویژه مانند کاتالیزورهای کوردینانسیونی (مانند زیگلر – ناتا) باشد (هر چند به تازگی تصور واحد قابل توجهی از آنچه که در محل کاتالیزور رخ می دهد ارائه شده است).

برخلاف واکنشهای مرحله ای، که عموماً به دو یا سه دسته محدود (مانند پلیمریزاسیونهای خطی و یا حلقه ای) تقسیم بندی می شوند، پلیمریزاسیونهای زنجیره ای به چند گروه عمده به شرح ذیل تقسیم بندی می گردند.

 

[P O U R I A]

انواع پلیمریزاسیون

انواع پلیمریزاسیون

پلیمریزاسیونهای زنجیره ای حلقه گشا
در طول بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون آنیونی نیز، حلقه های برخی از مولکولهای حلقوی دارای قابلیت باز شدن و اتصال به مولکولهای موجود در واکنش و در نتیجه تولید زنجیره های پلیمر ی هستند.
اگرچه این پلیمرها عموماً از نوع تراکمی هستند و نیز اگرچه هیچ مولکول کوچکی جذب نمی شود و انتقال هیدروژن نیز صورت نمی گیرد، با این وجود می توان پلیمریزاسیونهای حلقه گشا را توسط موادی که نوعاً مونومرهای وینیلی را پلیمریزه می کند، مورد واکنش قرار داد.
واکنش برخی از این مواد از روشهای کاتیونی و آنیونی پیروی می کنند. تنها چند نمونه شروع رادیکال آزاد گزارش شده، و این موارد نیز به خوبی توصیف نشده اند.
بطورکل ، نکـته قابل توجه در پلیمریزاسیونهای حلقه گشا، ارتباط بین اندازه حلقه و قابلیت پلیمریزاسیون است.
بعنوان مثال کاپرولاکـتام که یک حلقه هفت عضوی است، در دماهای بسیار بالا، به راحتی توسط شروع کننده های آنیون ، پلیمریزه می شود.
حلقه پنج عضوی بوتیرولاکـتام و حلقه شش عضوی والرولاکـتام نیز به طریق آنیونی پلیمریزه می شود.
قابل ذکر است که برای این نوع پلیمریزاسیونها دماهای پایین لازم است زیرا در دماهای بالاتر از 80-60 درجه سانت گراد، در حضو ر کاتالیزور، پلیمر مجدداً به مونومر تبدیل می گردد.
همچنین اگرچه پلیمریزاسیون آنیونی سریع کاپرولاکـتام به نایلون 6 در دماهای بالا، با سرعت زیاد به تشکیل پلیمر ی با ویسکوزیته به مقادیر پایینتری کاهش می یابد. از آنجا که تخریب زنجیر پلیمر، خود را به صورت یک فاکـتور بارز و مشخص ظاهر نمی کند، تغییر در توزیع وزن مولکوی ، محتمل ترین توضیحی بوده که اخیراً ارائه شده است.

 

[P O U R I A]

روش پلیمریزاسیون توده ای (جرم )
پلیمریزاسیون جرمی و یا توده ای یک مونومر خالص ساده ترین فرآیند از این نوع است؛ این پلیمریزاسیون اغلب از طریق گرمایی به روش شروع خود به خود و یا با افزودن شروع کننده آغاز می شود.
در حالت کلی اینگونه سیستمها، خوراک ورودی به راکـتو ر شامل نمونه خالص و شروع کننده می باشد.
در این روش به مونومر رقیق نشده کاتالیزور می افزایند و این مخلوط در تمام دوره پلیمریزاسیون را طی می کند.
در برخی مواقع، افزودنی های بسیار محدودی مانند عوامل انتقال (که جهت کنترل وزن مولکولی به کار می روند) و کاتالیزور نیز به راکـتو ر اضافه می شوند.
در نتیجه پلیمریزاسیونهای توده ای دارای دو مزیت نسبت به پلیمریزاسیونهای دیگر می باشند.
اول اینکه مواد افزودنی مانند حلال، امولسیفایر و عوامل تعلیق در اینگونه سیستمها مصرف ندارند.
نکـته دوم این است که به علت عدم مصرف مواد افزودنی فوق الذکر، ناخالصی در اینگونه سیستمها ناچیز بوده و همچنین به دستگاه های تخلیص کننده خاص احتیاجی نیست.
به عبارت دیگر، این روش، روش برگزیده در تولید پلیمرها با فرآیند زنجیره ای است.
از آنجا که ماده اولیه شامل پلیمرهای خالص و مقدار بسیار کمی شروع کننده و احتمالاً عوامل انتقال زنجیره است، واضح است که روش پلیمریزاسیون توده ای، روشی ایده آل در تهیه پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا خواهد بود.
البته مشکلاتی در این سیستم وجود دارد.
برای مثال، هنگام انجام پلیمریزاسیون، ویسکوزیته افزایش یافته و این امر مشکلاتی را در حمل ونقل محصول به وجود می آورد.
همچنین، بدین دلیل که واکنشهای زنجیره ای عموماً گرمازا هستند و افزایش ویسکوزیته از خروج گرما جلوگیری می کند، گرمایی بیش از حد در برخی قسمتهای محصول ایجاد شده و سبب زغال شدن و تخریب آن می گردد.
به همین دلیل، علی رغم مزایای این روش و انتخاب آن به عنوان روش برگزیده تهیه آزمایشگاهی پلیمرهای ونیلی، پلیمریزاسیون توده ای کاربرد زیادی در صنعت ندارد.
عموماً سه پلیمر پلی اتیلن، پلی استایرن، و پلی متیل متاکریلات با این روش ساخته می شوند.
از بین این پلیمرها، پلی اتیلن، از یک مونومر گازی شکل تحت فشار کم یا زیاد تهیه شده است و در نتیجه، برخی از معایب پلیمریزاسیون توده ای در این ماده وجود نخواهد اشت.
این معایب در پلیمریزاسیون مونومرهای مایع مانند استایرن و متیل متاکریلات بیشتر به چشم می خورد.
در مورد پلی استایرن، از پلیمریزاسیون توده ای برای تولید صنعتی استفاده می شود.
با به کارگیری ابتکار در مهندسی کارخانه، مشکل گرمازا بودن این پلیمریزاسیون حل می شود در نتیجه می توان مراحل مختلف تولید پلیمر را در قسمتهای مختلف کارخانه انجام داد.
پلیمریزاسیونهای مذکور می توانند به صورت تکفازی (همگن) ویا چندفازی (ناهمگن) انجام پذیرند.
این نکته وابسته به حلال تمونومر و پلیمر دریکدیگر است.
به عنوان مثال مونومرهای متیل متاکریلات، استایرن و ونیل استات در پلیمرهایشان قابل حل میباشند که این امر منجر به تشکیل یک محیط تکفازی میگردد.
در نقطه مقابل آکریلونیتریل و وینیل کلراید نمونه هایی از محیطهای پلیمریزاسیون چندفازی میباشند.
همانگونه که ذکر گردید یکی از مشکلات عمده در محیطهای تکفازی، بوجود آمدن ویسکوزیته بسیار بالا حتی در درجه تبدیلهای پایین ( 20 تا 30 درصد) است.
این امر نه تنها باعث بوجود آمدن پدیده ژل می شود (که مانع پیشرفت واکنش است و در نتیجه اختلاط و پمپ کردن مخلوط را شدیداً مشکل می سازد)، بلکه شدیداً خاصیت انتقال حرارت مخلوط را کاهش می دهد (زیرا در ابتدای پلیمریزاسیون، واکنشگرماگیر میباشد، در صورتی که در مراحل بعدی جهت کنترل توزیع وزن مولکول می بایست گرمای حاصله را از محیط خارج ساخت).
بنابراین رسیدن به درجه تبدیل بالای 50 % بسیار مشکل است. در واکنشهای پلیمریزاسیون توده ای چند فازی، مشکل ویسکوزیته تا حدودی کمتر از حالت تک فازی آن است، بنابراین دستیابی به درصدهای تبدیل بالاتری امکان پذیر است.
پلیمریزاسیونهای توده ای بیشتر در مورد واکنشهای پلیمریزاسیون مرحله ای کاربرد دارند، زیرا پلیمریزاسیونهای مرحله ای به روش توده ای، نه تنها نسبت به پلیمریزاسیونهای رادیکال آزاد، انرژی آزاد شده کمتری دارند، بلکه در برخی موارد به علت تبخیر محصول جانبی تولید شده، واکنش گرماگیر بوده و در نتیجه جذب حرارت به سهولت انجام می پذیرد.
در واکنشهای زنجیره ای به علت بالا بودن سطح حرارت آزاد شده و افزایش سریع ویسکوزیته، دستیابی به درجات تبدیل بالا به روش پلیمریزاسیون توده ای امکان پذیر نمی باشد.

 

[P O U R I A]

روش پلیمریزاسیون محلولی
برای رفع مشکلات موجود در پلیمریزاسیون توده ای، از روش پلیمریزاسیون محلولی استفاده می شود
در این روش، مونومر و پلیمر هر دو دریک حلال، محلول بوده و به علت وجود محیط حلالی ، ویسکوزیته مخلوط نسبت به پلیمریزاسیون توده ای کمتر است که در نتیجه نه تنها اختلاط بهتر انجام گرفته و کارایی شروع کننده افزایش می یابد، بلکه مسائل مانند انتقال حرارت کم و بوجود آمدن پدیده ژل در این سیستمها ناچیز است.
به همین دلیل می توان دراینگونه سیستمها به مقادیر تبدیل بالاتری رسید.
به عبارت دیگر، از روشهای غلبه بر مشکلات موجود در پلیمریزاسیون توده ای، حل کردن مونومر دریک حلال مناسب است.
از آنجا که در این روش، در مقایسه با پلیمریزاسیون توده ای، کنترل دما یی با سهولت بیشتری انجام می شود، مشکلات مربوط به گرمازا بودن واکنش، رفع خواهد شد.
به عبارت دیگر در این روش بدین دلیل که مونومر بایک مایع بی اثر رقیق می شود، کنترل دمای واکنش بسیار آسانتر خواهد شد.
گرمای حاصل از واکنش را می توان با بازگرداندن و یا رفلاکس حلال، از محیط واکش خارج نمود.
البته، معایبی نیز برای پلیمریزاسیون محلول وجود دارد.
عاری کردن محصول از ذرات بسیار ریز حلال در خاتمه عمل، با مشکل همراه است.
انتخاب حلال کاملاً بی اثر، به آسانی امکان پذیر نیست، بدین معنا که همواره انتقال زنجیر به حلال و محدود شدن وزن مولکولی محصول وجود خواهد داشت.
این نکته، دارای اهمیت زیادی بوده و دلیل کاربرد کم روش محلول در تولید پلیمرهای مهم اقتصادی است.
همچنین دمای پلیمریزاسیون به نقطه جوش حلال محدود می شود و در بسیاری از موارد این مسئله منجر به طولانی شدن زمان انجام کامل واکنشم گردد.
به عبارت دیگر دمای واکنش از نقطه جوش حلال به کار رفته بالاتر نخواهد رفت و این امر سرعت واکنش را محدود می کند.
در روش پلیمریزاسیون محلولی ، سینتیک کل واکنش به صورت مجموع سینتیک واکنشهای موجود در هر دو فاز غنی از مونومر و فاز غنی از پلیمر در نظر گرفته میشود که البته معمولاً در فاز غنی از پلیمر (که بوسیله مونومر متورم میشود) قدرت نفوذ مولکولها دریکد یگر کنترل کننده واکنش است.
اگرچه سینتیک پلیمریزاسیونهای محلولی، مشابه با پلیمریزاسیونهای توده ای است، ولیکن در سه نکته اختلاف دارند.
اختلاف اول در کاهش سرعت در پلیمریزاسیونهای محلول میباشد.
این مسئله به دلیل کاهش غلظت اولیه مونومر و همچنین کاهش شدید پدیده ژل در اینگونه پلیمریزاسیونهاست.
نکته دوم کاهش وزن مولکول پلیمر تولیدی (به علت کاهش غلظت اولیه مونومر، کاهش اثر ژل و وجود واکنش انتقال زنجیر به حلال) است.
سومین اختلاف نیز افزایش درصد نهایی تبدیل به پلیمریزاسیون محلولی است.
این نکته نیز به دلیل تضعیف اثر شیشه میباشد (موارد فوق الذکر به طور مفصل در ادامه تاپیک مورد بررسی قرار خواهند گرفت).
به هر حال اساسی ترین مشکل در استفاده از اینگونه سیستمهای پلیمریزاسیون، جداسازی و بازیابی حلال از محصول میباشد.

 

[P O U R I A]

روش پلیمریزاسیون تعلیقی
در حقیقت این روش برای جبران نقایص پلیمریزاسیون توده ای به کار میرود.
این روش بسیار شبیه به پلیمریزاسیون محلولیست. با این تفاوت که مونومر به جای حل شدن در یک مایع بی اثر (مانند اب) به صورت معلق در آن در میاید. انتقال حرارت و کاهش ویسکوزیته همانند پلیمریزاسیون محلولیست. همچنین هم زدن مکانیکی و حضور عوامل معلق کننده برای معلق نگه داشتن مونومر ضروری میباشد.
این روش روشی موثر است زیرا تعداد زیادی از قطرات ریز با این روش پلیمریزه میشوند.
در اینجا قابل ذکر است که پلیمریزاسیون زمانی که پلیمر در مخلوط مونومری که از آن تشکیل شده نامحلول باشد. چندفازی خواهد بود.
این مورد یک امر نسبتا عادی است و منجر به پلیمریزاسیون رسوبی دوغابی و یا گازی میشود.
پلی وینیل کلراید نمونه ای از این موارد است.
اگر پلیمر در مونومر های خودش قابل حل شدن باشد. برای دستیابی به پلیمریزاسیون در فاز پراکنده، لازم است یک غیر حلال (نوعا آب) به همراه عوامل مناسب فعال سطحی به آن افزوده شود.
برای جداسازی و خالص سازی این مواد خارجی به مراحل اضافی در پایین دست نیاز می باشد. که ممکن است هرگونه صرفه جویی در هزینه های طراحی راکتور را بی اثر نماید.

 

[P O U R I A]

بنابراین برای سیستم هایی که پلیمر در مونومرهای خود حل میشود، انجام پلیمریزاسیون توده ای از مونومر خالص و رقیق نشده معمولا ارجحیت دارد.
همانگونه که ذکر گردید در پلیمریزاسیون تعلیقی، از یک یا چند مونومر غیر قابل حل در آب و شروع کننده ی قابل حل در مونومر و مقدار کمی پایدار کننده استفاده میشود که توسط یک همزن قوی در یک فاز ابی پیوسته پراکنده می شود.
در پلیمریزاسیون تعلیقی ، مونومر، بجای حل شدن، در یک مایع بی اثر (معمولاً آب) پلیمریزه می شوند.
در ابتدای واکنش قطرات مونومر حاوی شروع کننده معمولاً در فاز پیوسته (آب) پخش می شوند و در طول واکنش قطرات به ذرات چسبنده و ویسکوزی حاوی مونومر- پلیمر تبدیل شده و نهایتاً ذرات پلیمری سخت و کروی با ابعاد 50 تا 1000 میکرون به دست می آیند.
عموماً در پلیمریزاسیونهای توده ای با توجه به عدم امکان کنترل دما و عدم دستیابی به تبدیل 50 %، از پلیمریزاسیونهای تعلیقی ، به عنوان مرحله دوم این سیستمها، استفاده می شود.
پلیمریزاسیونهای تعلیق وینیل کلراید و پلی استایرن در مقیاسهای بزرگ از نمونه های بارز این گونه سیستمها می باشند.
به عنوان مثال، اگرچه برای تهیه پلی استایرن از روشهای مختلف پلیمریزاسیون می توان استفاده نمود، ولیکن در صنایع، بیشتر از روش پلیمریزاسیون تعلیقی و یا از روش پلیمریزاسیون توده ای استفاده می شود.

 

[P O U R I A]

همچنین در صنعت، اغلب پلی وینیل کلراید را از طریق تعلیقی تولید می کنند.
این روش از نظر مسائل انتقال حرارت در راکتور نسبت به روش توده ای و از نظر مسائل باز اب حلال نسبتبه روش امولسیونی ارجح است.
از محصول به دست آمده از طریق پلیمریزاسیون تعلیقی متیل متاکریلات نیز اغلب برای تولید قطعات از طریق تزریق استفاده می شود.
با توجه به این که قطرات مونومر در پلیمریزاسیون تعلیقی به اندازه کافی بزرگ بوده و شامل تعداد زیادی رادیکال آزاد می باشند، مکانیسم سینتیکی مانند پلیمریزاسیون توده ای است زیرا در واقع هر قطره به عنوان یک راکتور توده ای عمل می کند.
اگرچه روش پلیمریزاسیون تعلیقی از نظر تبادل حرارت در راکتور نسبت به روش توده ای و از نظر نداشتن مسائل باز اب حلال نسبت به روش پلیمریزاسیون محلولی مزیت دارد، ولیکن نمی توان از آن در تکنیکهای مداوم استفاده نمود.

 

[P O U R I A]

روش پلیمریزاسیون امولسیونی
در یک پلیمریزاسیون امولسیونی ، مونومرها به صورت ذرات بسیار ریز (فاز ناپیوسته) دریکفاز پیوسته سیال، توسط عوامل پایدارکننده سطح (به صورت معلق) از طریق واکنش رادیکال آزاد پلیمریزه میشوند.
فاز پیوسته عموماً آب بوده و ذرات معلق کلوئیدی در اندازه ای بسیار کمتر از یک میکرون میباشند (اندازه معمول ذرات بین 15 نانومتر تا بالاتر از یک میکرون میباشد).
کوچکی اندازه ذرات،یکی از مزایای عمده این نوع پلیمریزاسیون است.
محصول دوغاب بدست آمده منعقد شده و به لاتکس تبدیل میشود.
در این سیستم نیز از آب به عنوان حامل استفاده میشود.
در اینجا نیز برخی عوامل معلق ساز بنام امولسیفایر(مانندیکشوینده سنتزی)، به سیستم افزوده میشود.
امولسیفایر مایسلهایی ایجاد میکند و به این ترتیب قسمت عمده ای از مونومر را که به صورت قطره های کوچک پراکنده میشوند انحلال پذیر میکند.

رادیکالهای شروع کننده که در آب حل میشوند؛ به درون مایسلهایی که مملو از مونومر هستند، نفوذ میکنند و پلیمریزاسیون شروع میشود.
مایسلها مانند مکانهایی که در آنها مونومر به پلیمر تبدیل میشود عمل میکنند، زیرا مونومر به این محلها نفوذ کرده و در نتیجه قطره ها همانند مخزن برای این منظور به حساب میآ ند.
با رشد ذرات پلیمری به صورت مکانهایی که در آنجا پلیمریزاسیون ادامه پیدا میکند، مایسلها از هم باز و متفرق میشوند.
سپس امولسیفایر روی سطوح این ذرات جذب میشود.

 

[P O U R I A]

روش پلیمریزاسیون بین سطحی
در این روش، مونومرهایی که در ساخت پلیمر محصول شرکت دارند در دو محلول، که دریکدیگر نامحلول می باشند، حل شده و در سطوح فیمابین، واکنش پلیمریزاسیون صورت میپذیرد.
روش این پلیمریزاسیون بسیار شبیه پلیمریزاسیون های محلول بوده و به همین علت نیز در بسیاری مواقع در گروه پلیمریزاسیونهای محلول طبقه بندی میگردد.
نمونه بارز این نوع پلیمریزاسیونها تولید نایلون 6و 10 میباشد که از واکنش کلرور سباکوئیل (محلول در تتراکلرورکربن) و هگزا متیلن دی آمین (محلول در آب) به دستم آید.
در تهیه آزمایشگاه نایلون 6و 6 نیز این عمل با پلیمریزاسیون در سطح مشترک انجام میگیرد.
هگزامتیلن دی آمین در آب و آدیپیل کلراید در حلال کلردار (مانند تتراکلرومتان) حل میشوند.
دو مایع به یکظرف منتقل شده و دو لایه غیرقابل امتزاج تشکیل میشود.
البته در سطح مشترک، امتزاج کم وجود داشته و نایلون 6و 6 با وزن مولکول مناسب تولید میشود.
این محصول با خارج کردن پیوسته سطح مشترکبه دست می آید.

نوع پلیمریزاسیون	فاز ناپیوستھ (پراکنده)	فاز پیوستھ
پلیمریزاسیون تک فازی توده ای	-	محلول پلیمر
پلیمریزاسیون تک فازی محلولی	-	محلول پلیمر
پلیمریزاسیون چند فازی توده ای	ھر کدام از مواد	محلول پلیمر
پلیمریزاسیون چند فازی محلولی	ھر کدام از مواد	محلول پلیمر
پلیمریزاسیون امولسیونی (در فاز پراکنده)	پلیمر یا محلول پلیمر	آب یا غیرحلال دیگر
پلیمریزاسیون رسوبی	پلیمر متورم شده از مونومر	مونومر مایع
پلیمریزاسیون دوغابی	پلیمر متورم شده از مونومر	مونومر مایع
پلیمریزاسیون در فاز گاز	پلیمر	مونومر گازی

 

[پیرجو]

فرآیندهای صنایع پتروشیمی

 

[پیرجو]

راکتورهای بستر سیال:


از زمان ورود پدیده سیال سازی به صنعت تحقیقات بسیاری بر روی این پدیده مخصوصا راکتورهای بستر سیال شده صورت گرفته است. این تحقیقات که بر مواردی مانند سینتیک واکنش ها، خواص ذرات جامد، الگوی جریان گاز، تبادل جرم بین فازها و تبادل حرارت در بستر متمرکز شده است، به مجموع های از معادلات ریاضی منتج شده که به مدل های هیدرودینامیکی راکتور بستر سیال موسوم هستند. این مدل ها هر یک پیش بینی کننده فرآیندهای فیزیکی اتفاق افتاده در بستر هستند. با تلفیق این مدل ها با سینتیک واکنش ها می توان یک راکتور بستر سیال را به طور کامل مدل سازی کرد.


راکتور بستر سیال یک نوع از انواع راکتور است که می تواند برای انجام واکنش های شیمیایی چندفازی استفاده شده و در زمینه تولید بنزین و دیگر سوخت ها، بسیاری از پلیمرها مانند لاستیک، کلرید وینیل، پلیاتیلن و استایرن، واحدهای انرژی هستهای، سوزاندن زغال سنگ و واحد تصفیه آب به کار می رود. از مزایای راکتور بستر سیال می توان به اختلاط یکسان ذرات بواسطه رفتار ذاتی شبه سیالی مواد جامد، گرادیان دمایی یکسان در نقاط مختلف بستر، توانایی عملکرد در حالت پیوسته و امکان ایجاد محصولات متنوع با بازده بالا، اشاره کرد. البته راکتور بستر سیال، معایبی نسبت به راکتور بستر ثابت داراست که می توان به افزایش اندازه راکتور به واسطه انبساط مواد، توان پمپاژ برای تعلیق ذرات، و فرسایش اجزای درونی راکتور اشاره کرد.


یکی از اصلی ترین دلایل استفاده از راکتورهای بستر سیال شده به جای راکتورهای بستر ثابت نیاز به کنترل شدید دما در منطقه واکنش در مورد واکنش های گاز- جامد کاتالیزوری است. کنترل دما به چند دلیل ممکن است دارای اهمیت باشد، واکنش ممکن است در خارج از محدوده دمایی خاص انفجار آمیز باشد، تولید محصول اصلی نسبت به محصول جانبی به دمای عملیاتی حساس باشد، ممکن است در واکنش کاتالیزوری نقاط داغ تشکیل شوند که تشکیل نقاط داغ منجر به غیر به غیر فعال شدن کاتالیزور می گردد و نیاز به احیای مجدد کاتالیزور خواهد بود.

 

[پیرجو]

راکتورهای بستر سیال در دماهای بالا:


راکتورهای بستر سیال به واسطه یکنواختی دما به عنوان وسیله های مطمئن و موثر برای انجام واکنش های کاتالیزوری به شدت گرمازا و یا گرماگیر مانند تولید انیدریک فتالیک از اکسایش کاتالیزوری نفتالین، تولید اکریلو نتریل از اکسایش کاتالیزوری پروپان و آمونیاک، تولید انیدریک مالئیک از بوتان و تولید ملامین از اوره شناخته شده اند. به علت حرکت پیوسته ذرات جامد درون بستر انتقال حرارت و جرم در بسترهای سیال بسیار بالاست. امروزه راکتورهای بستر سیال صنعتی به طور وسیعی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع دارویی و تولید انرژی از سوخت های فسیلی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

[پیرجو]

خشک کن بستر سیال:


بسترهای سیال اخیرا برای خشک کردن موادی مانند ماسه، پلیمرها، مواد دارویی، کودهای شیمیایی و کریستال ها استفاده می شوند. خشک کن های بستر سیال شده به علت ظرفیت بالا، هزینه ساخت پایین، راحتی کارکرد و راندمان بالا در طیف وسیعی از صنایع به کارگرفته می شوند. به علت امکان کنترل دما و ثابت نگه داشتن دما برای خشک کردن مواد حساس به دما مانند صنایع داروسازی از این نوع خشک کن ها استفاده می شود. این نوع خشک کن ها دارای ساختار ساده و هزینه عملیاتی کمتر و بازده حرارتی نسبتا بالایی بوده و از لطافت بیشتری نسبت به پودرها برخوردارند و برای ذرات شکننده مناسب هستند.

 

[پیرجو]

طبقه بندی ذرات:

جداساز بستر سیال قبلا به مواد معدنی اختصاص داشت، اما اخیرا کاربرد آن برای بقیه مواد نیز توسعه داده شده است. طبقه بندی ذرات، خصوصا مخلوط های معدنی، با غوطه وری و شناوری آن ها امکان پذیر است که به سادگی از طریق یک ماده واسطه غیرقابل حل در دو گونه و دارای چگالی واسط دو گونه ذرات معلق انجام می شود.

 

[پیرجو]

گرانول های جامد:

یکی دیگر از موارد مصرف بسترهای سیال شده برای تولید گرانول های جامد است. برای این منظور مایع مذاب از بالای یک برج به پایین می ریزد در همین حال گاز سرد از پایین جریان می یابد. این جریان متقابل گاز سرد باعث گرم شدن مایع تا دمای انجماد و تشکیل ذرات جامد می شود. محصول چین فرآیندی دارای دانه بندی یکنواخت تری نسبت به روش های معمولی گرانول سازی است.

 

[پیرجو]

شستشوئی معکوس:


شستشوی معکوس فیلترهای دانهای (و با ستونهای تبادل یون بستر ثابت) با سیالی کردن فیلترها (با رزینها) توسط آب، یک روش صنعتی مناسب، خصوصا برای فیلترهای شنی تصفیه آب شهری می باشد و آن چه در این شسنشو حذف می شود جامدات فیلتر شده است.

 

[پیرجو]

رشد کریستال در بستر سیال:


از دیگر فرآیندهای صنعتی بسیار مناسب بستر سیال، رشد کریستال در بستر توسط محلول فوق اشباع از حل شونده می باشد. بیشترین تحقیقات انجام شده بر روی کریستال کردن نمک های غیر آلی از محلول های آبی بوده، اما کریستال کردن اسید استیل سالیسلیک (آسپرین) از الکل خالص نیز گزارش شده است. با فرض های ساده کننده، مدل ها به دو گونه کریستالیزورهای بستر سیالی پیوسته و ناپیوسته طبقه بندی و مدل می شوند.