سرير مُعبأ

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
خواتم سوبر راشيج
التعبئة المنظمة

في مجال المعالجة الكيميائية ، تُعرف الطبقة المعبأة بأنها أنبوب مجوف أو وعاء آخر يُملأ بمادة تعبئة. يمكن ملء هذه الطبقة بشكل عشوائي بأجسام صغيرة مثل حلقات راشيج ، أو قد تكون ذات بنية تعبئة مصممة خصيصًا . كما قد تحتوي الطبقات المعبأة على جزيئات محفزة أو مواد ماصة مثل حبيبات الزيوليت، والكربون المنشط الحبيبي، وغيرها.

يُستخدم السرير المعبأ عادةً لتحسين التلامس بين طورين في العمليات الكيميائية أو ما شابهها. ويمكن استخدامه في المفاعلات الكيميائية ، وعمليات التقطير ، وأجهزة التنقية ، كما يُستخدم أيضًا لتخزين الحرارة في المصانع الكيميائية. في هذه الحالة، تُترك الغازات الساخنة لتتسرب عبر وعاء معبأ بمادة حرارية حتى يسخن المعبأ. ثم يُعاد ضخ الهواء أو أي غاز بارد آخر إلى المصنع عبر السرير الساخن، مما يؤدي إلى تسخين الهواء أو الغاز المُغذّى مسبقًا.

التطبيقات

يُعرف السرير المعبأ المستخدم في عمليات الفصل ، مثل الامتصاص والتجريد والتقطير ، باسم العمود المعبأ. [ 1 ] كما يمكن تسمية الأعمدة المستخدمة في أنواع معينة من الكروماتوغرافيا، والتي تتكون من أنبوب مملوء بمادة تعبئة، بالأعمدة المعبأة ، وتتشابه بنيتها مع الأسرة المعبأة.

يمكن ملء طبقة عمود التقطير بمادة حشو تُلقى عشوائيًا (مما يُنشئ طبقة حشو عشوائية) أو بأقسام حشو مُهيكلة ، مُرتبة بطريقة تُجبر السوائل على اتخاذ مسارات مُعقدة عبر الطبقة (مما يُنشئ طبقة حشو مُهيكلة). في العمود، تميل السوائل إلى ترطيب سطح مادة الحشو، وتمر الأبخرة عبر هذا السطح المُبلل، حيث يحدث انتقال الكتلة . يُمكن استخدام مواد الحشو بدلًا من الصواني لتحسين الفصل في أعمدة التقطير. توفر مواد الحشو ميزة انخفاض الضغط عبر العمود (مقارنةً بالألواح أو الصواني )، وهو أمر مفيد عند التشغيل تحت الفراغ. تختلف مواد الحشو ذات الأشكال المختلفة في مساحات سطحها وفراغاتها. يؤثر كلا العاملين على أداء الحشو.

إلى جانب شكل الحشوة ومساحة سطحها، يُعدّ توزيع السائل والبخار الداخل إلى طبقة الحشوة عاملاً آخر يؤثر على الأداء. يُحسب عدد المراحل النظرية اللازمة لإجراء فصل مُحدد باستخدام نسبة بخار إلى سائل مُعينة. إذا لم يتوزع السائل والبخار بالتساوي على سطح البرج عند دخولهما طبقة الحشوة، فلن تكون نسبة السائل إلى البخار صحيحة، ولن يتحقق الفصل المطلوب. ستبدو الحشوة وكأنها لا تعمل بشكل صحيح، وسيكون الارتفاع المُكافئ للصفيحة النظرية (HETP) أكبر من المتوقع. لا تكمن المشكلة في الحشوة نفسها، بل في سوء توزيع السوائل الداخلة إلى طبقة الحشوة. يمكن أن تحتوي هذه الأعمدة على موزعات ومُعيدات توزيع للسائل تُساعد على توزيع السائل بالتساوي على جزء من الحشوة، مما يزيد من كفاءة نقل الكتلة. [ 1 ] يُعدّ تصميم موزعات السائل المُستخدمة لإدخال التغذية والارتداد إلى طبقة الحشوة أمرًا بالغ الأهمية لضمان أداء الحشوة بأقصى كفاءة.

تتميز الأعمدة المعبأة بمنحنى توازن بخاري متصل، على عكس التقطير التقليدي باستخدام الصواني حيث تمثل كل صينية نقطة توازن منفصلة بين البخار والسائل. مع ذلك، عند تصميم الأعمدة المعبأة، من المفيد حساب عدد الصواني النظرية للدلالة على كفاءة فصل العمود المعبأ مقارنةً بالصواني التقليدية. في مرحلة التصميم، يُحدد أولًا عدد مراحل التوازن النظرية اللازمة، ثم يُحدد ارتفاع التعبئة المكافئ لمرحلة توازن نظرية ، والمعروف باسم الارتفاع المكافئ لصينية نظرية (HETP). إجمالي ارتفاع التعبئة المطلوب هو حاصل ضرب عدد المراحل النظرية في HETP.

المفاعلات ذات الطبقة المعبأة (PBRs)

المفاعلات ذات الطبقة المعبأة هي أوعية تفاعل تحتوي على طبقة ثابتة من مادة حفزية ؛ وهي شائعة الاستخدام في الصناعات الكيميائية ، وتُستخدم بشكل أساسي في التفاعلات الحفزية غير المتجانسة في الطور الغازي. تشمل مزايا استخدام مفاعل الطبقة المعبأة ارتفاع معدل تحويل المواد المتفاعلة لكل وحدة كتلة من الحفاز، وانخفاض تكاليف التشغيل نسبيًا، والتشغيل المستمر. أما عيوبها فتتمثل في وجود تدرجات حرارية في جميع أنحاء الطبقة، وضعف التحكم في درجة الحرارة، وصعوبة صيانة المفاعل. [ 2 ]

نظرية

يمكن استخدام معادلة إرغون للتنبؤ بانخفاض الضغط على طول طبقة معبأة بالنظر إلى سرعة السائل وحجم التعبئة ولزوجة وكثافة السائل .

على الرغم من أن معادلة إرغون موثوقة للأنظمة على سطح الأرض، إلا أنها غير موثوقة للتنبؤ بسلوك الأنظمة في بيئة انعدام الجاذبية. وتُجرى حاليًا تجارب على متن محطة الفضاء الدولية لجمع البيانات وتطوير نماذج موثوقة للمفاعلات ذات الطبقة المعبأة في المدار. [ 3 ]

يراقب

يعتمد أداء الطبقة المعبأة بشكل كبير على تدفق المادة عبرها، والذي بدوره يعتمد على نوع التعبئة وكيفية إدارة التدفق. تُستخدم تقنيات التصوير المقطعي، مثل التصوير المقطعي بالأشعة تحت الحمراء القريبة ، والأشعة السينية ، وأشعة غاما ، والسعة الكهربائية ، والمقاومة الكهربائية ، لتحديد أنماط توزيع السائل في الأعمدة المعبأة. ويعتمد اختيار تقنية التصوير المقطعي على القياس الأساسي المطلوب، وعشوائية التعبئة، ومتطلبات السلامة، ومعدل جمع البيانات المطلوب ، والميزانية. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

انظر أيضاً

فهرس

مراجع

  1. 1 2 سيدر، جيه دي وهنلي، إرنست جيه. (2006). مبادئ عملية الفصل ( الطبعة الثانية). جون وايلي وأولاده. ISBN  0-471-46480-5.
  2. ↑ فوغلر، إتش. سكوت (2006). عناصر هندسة التفاعلات الكيميائية ( الطبعة الرابعة). برنتيس هول. ISBN  0-13-047394-4.
  3. ↑ سانت أونج، توم. "PBRE" . أنظمة رحلات الفضاء . مركز جلين للأبحاث. مؤرشف من الأصل في 5 سبتمبر 2015. تم الاسترجاع في 13 ديسمبر 2015 .
  4. ↑ سالم، كريم؛ تسوتساس، إيفانجيلوس؛ ميوز، ديتر (1 يناير 2005). "القياس المقطعي للاختراق في ممتز ذي طبقة معبأة" . مجلة علوم الهندسة الكيميائية . 60 (2): 517-522 . doi : 10.1016/j.ces.2004.08.013 . ISSN 0009-2509 . 
  5. ↑ توي، د؛ مارشو، ب؛ كرين، م؛ لوم، ج (1996-03-01). "نمذجة التدفق متعدد الأطوار في طبقات معبأة باستخدام التصوير المقطعي بالأشعة السينية بمساعدة الحاسوب" . مجلة علوم وتكنولوجيا القياس . 7 (3): 436-443 . doi : 10.1088/0957-0233/7/3/027 . ISSN 0957-0233 . 
  6. ↑ جوهانسن، جي إيه (2015)، "التصوير المقطعي بأشعة جاما" ، التصوير المقطعي الصناعي ، إلسيفير، ص 197-222 ، doi : 10.1016/b978-1-78242-118-4.00007-1 ، ISBN  978-1-78242-118-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أكتوبر 2023
  7. ↑ شوبرت، ماركوس؛ هيسل، غونتر؛ زيب، كورنيليوس؛ لانج، روديغر؛ هامبل، أوفه (1 يوليو 2008). "تحليل نسيج تدفق السائل في مفاعلات الطبقة المتقطرة باستخدام التصوير المقطعي عالي الدقة بأشعة غاما" . مجلة الهندسة الكيميائية . 140 (1): 332-340 . doi : 10.1016/j.cej.2007.10.006 . ISSN 1385-8947 . 
  8. ↑ وو، هاو؛ بوشلي، بيل؛ يانغ، يونجي؛ تان، تشاو؛ دونغ، فنغ؛ جيا، جيابين؛ لوكيود، ماثيو (2018-12-01). "قياس توزيع السائل واحتجازه في عمود معبأ ذي تدفق معاكس باستخدام التصوير المقطعي للسعة الكهربائية" . مجلة الهندسة الكيميائية . 353 : 519-532 . doi : 10.1016/j.cej.2018.07.016 . hdl : 20.500.11820/ac4eaca9-e1ee-4908-bbf9-970328f64eb8 . ISSN 1385-8947 . 
  9. ↑ إيدا، تاكيشي؛ سابكوتا، أتشيوت؛ هاروتا، جون؛ نيشيو، ماسايوكي؛ تاكي، ماساهيرو (2013). "دراسة تجريبية حول انتشار السائل وسوء توزيعه في مفاعل الطبقة المتقطرة باستخدام التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية" . مجلة أنظمة الطاقة والطاقة . 7 (2): 94-105 . doi : 10.1299/jpes.7.94 .