SA97180520B1 - عملية لفيشر- تروبشfischer tropsch تتم في مفاعل عمو فقاعات متعدد المراحل - Google Patents

Abstract

الملخص: يتعلق الاختراع بعملية تجري على نحو أمثل في مفاعل عمود فقاعات bubble column reactor من الملاط في وجود طور غازي وطور سائل، وتحديدا لتفاعلات فيشر - تروبش -Fischer Tropsch، وتتميز بما يلي: (١) تجرى العملية في عدد من المراحل عددها يساوي أو يزيد عن ٢؛(٢) تكون حالات تدفق الطور الغازي gas phase والطور السائل liquid phase المحتوى على الجوامد مشابهة إلى حد كبير لحالات التدفق الكتلي التي يتراوح فيها معدل الغاز ما بين ٣ سم/ ثانية و 200 سم/ ثانية ومعدل السائل ما بين صفر و 10 سم/ ثانية؛(٣) يكون تركيز الجوامد في كل مرحلة ثابت إلىحد كبير ومتساو لكل مرحلة ويتراوح ما بين5% و 50% (حجم/حجم).،

Description

‎Y —‏ _ عملية لفيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ تتم في مفاعل عمود فقاعات متعدد المراحل الوصف الكامل خلفية الاختراع آٍ يتعلق الاختراع الحالي بعملية تجرى على نحو ‎Jud‏ لتفاعل ثلاثي الأطوار ‎gh)‏ صلب؛ طور سائل؛ طور غازي)؛ باستخدام مفاعل عمود فقاعات ‎bubble column reactor‏ بعدد من المراحل يساوي أو يزيد عن ؟. وفي مفاعلات عمود الفقاعات عاليه يتم حفظ الجسيمات الصلبة في معلق في سائل باستخدام فقاعات غازية يتم إدخالها بالقرب من الجزء السفلي من العمود. ويمكن تطبيق عملية الاختراع الحالي تحديداً على عملية تجرى بشكل أساسي لإنتاج هيدروكربونات 98 مستقيمة ومشبعة؛ ويفضل تلك التي يحتوي الجزء الواحد منها على 5 ذرات كربون على ‎(JY)‏ وذلك باختزال غاز التخليق ي13-(00)- 00 أو خليط من ‎CO‏ ‎Hyg ٠‏ أو ‎CO,‏ بشكل ممكنء وفقاً لعمليات فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ ‏ويمكن تحديداً تطبيق عملية الاختراع الحالي على التفاعلات الطاردة للحرارة والّي تتم في درجات حرارة ‎dle‏ نسبياًء أي ‎Sie‏ عند درجة حرارة تزيد عن ‎SV ee‏ يصف طلب براءة الاختراع الأوروبية رقم 4508850 الحالات المثالية لإجراء تفاعل ثلافي الأطوارء وتحديداً تفاعل فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ في مفاعل عمود فقاعات.

وتعتمد الجوانب التي تم الكشف عنها في طلب براءة الاختراع الأوروبية رقم ‎AT‏ £0 على النظرية التي تقضى بأن هناك طور واحد يتعلق أساساً بدرجة أفضل من الملاءمة للتدفق الكتلي ‎(PF)‏ فيما يتعلق بتدفق الخليط الكامل ‎(CSTR)‏ وتحديداً بالنسبة لدرجات أعلى من تحول المواد الكاشفة.

0 وبالتزامن مع ذلك وبإجراءات الدراسات على السرعة السطحية للغاز يحاول ‎ta‏ براءة الاختراع الأوروبية 490856 تجنب حدوث التدفق النبضي باستخدام فقاعات كبيرة للغاية لها أبعاد تناظر تلك في فقاعات المفاعل (التدفق الكتلي). ويوضح مثال ‎)١(‏ في طلب براءة الاختراع الأوروبية 490875368 أن 27 يكون أفضل من ‎«CSTR‏ ولكن تجرى المقارنة هنا أخذاً في الاعتبار مفاعل ذو مرحلة واحدة.

‎ye‏ وفي الواقع فإن ما كشف عنه في طلب براءة ‎١‏ لاختراع لأوروبية ‎60٠‏ يرتبط ببعض العيوب والمساوئ» حيث لا يعرض بشكل كامل تعقد النظام ثلاثي الأطوار. وإضافة إلى ذلك؛ فإن طلب براءة الاختراع 490755 لا يوجّه الاهتمام اللازم لمشكلة التبادلات الحرارية؛ وهي مشكلة تبرز بشكل خاص في التفاعلات الطاردة الحرارة مثل تلك التي تقوم عليها عمليات فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏

‎١‏ وقد وجدت الآن عملية تجرى على نحو أمثل في مفاعل عمود فقاعات للتغلب بذلك على الجوانب غير الملائمة المذكورة أعلاه. وصف عام للاخترا ع وبناء على ذلك يتعلق الاختراع الحالي بعملية تجرى على نحو ‎did‏ في مفاعل عمود فقاعات ملاط في وجود طور غازي؛ وطور ‎(Bila‏ وطور صلب؛ وتحديدا لتفاعل فيشر - تروبش

‎ٍْ Yodo

_ ¢ — ‎Fischer-Tropsch‏ الذي يشتمل على تكوين هيدروكربونات ‎heavy hydrocarbons dL‏ بدءاً بخلائط غازية تحتوي على ‎CO‏ ويل وفي وجود محفزات 15 مناسبة؛ وتتميز العملية ‎Lay‏ ‏تجرى العملية في عدد من المراحل يساوي أو يزيد عن ‎oY‏ ويفضل من ؟ إلى ©؛ والأكثر © تفضيلاً من ؟ إلى ‎cf‏ ويتم بشكل منفصل التحكم في درجة الحرارة في كل مرحلة؛ 0( تكون حالات تدفق الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوى على المادة الصلبة المعلقة مشابهة إلى حد كبير لحالات التدفق الكتلي؛ وتتراوح السرعة السطحية للغاز ما بين ¥ سم/ ثانية و70 سم/ ثائية؛ ويفضل من * إلى ‎٠٠١‏ سم/ ‎lh‏ ‏والأكثر تفضيلاً ما بين ‎٠١‏ و0 سم/ ‎A‏ وتكون السرعة السطحية للسائل ما بين صفر ‎Yo‏ و ‎Jos Ye‏ ثانية ويفضل ما بين صفر و ‎Y‏ سم ثانية والأكثر تفضيلاً ما بين صفر و ‎١‏ ‏سم/ ثانية؛ (7)_يكون تركيز المادة الصلبة في كل مرحلة ثابت إلى حد كبير ومتساو لكل مرحلة ويتراوح ما بين © و 6 (حجم/ حجم) ‘ ويفضل ما بين ‎٠١‏ و 8 / (حجم/ حجم) والأكثر ا تفضيلاً ما بين ‎Yo‏ و ‎AR‏ (حجم/ ‎(p>‏ . ‎No‏ ويشير الاصطلاح ‎Sail‏ المستقل في درجة الحرارة في كل ‎"la a‏ إلى إمكانية الحصول على درجة حرارة محورية ثابتة أو متغيرة. وفي نموذج مفضل تكون درجة الحرارة ثابتة في كل مرحلة ومتساوية لجميع المراحل ‎٠‏ ‎Vet |‏

ب" ٍ وفي عملية الاختراع الحالي يكون تركيز المادة الصلبة في كل مرحلة ثابت إلى حد كبير ومتساو لكل من المراحل. ويتم التعويض عن كمية المادة الصلبة التي يتم نقلها إلى أعلى من الطور

© السائل ‎liquid phase‏ ثم يغذي بها إلى طور لاحق؛ وذلك من خلال الكمية القادمة من المرحلة السابقة والكمية التي يمكن ‎sale)‏ تدويرها. وهناك شكل من أشكال النموذج يشتمل على استخلاص السائل المنتج إلى جانب السائل المعاد تدويره من مرحلة تناظر القمة النهائية للعمود. ويؤدي هذا التيار إلى سحب المادة الصلبة المعلقة والتي سيتم فصلها عن الطور السائل ‎liquid‏ ‎LIS) phase‏ أو ‎(Liss‏ ويعاد تدويرها إلى قاعدة العمود في شكل مادة صلبة أو معلق (مركز أو

‎٠‏ مخفف). ويمكن تقسيم المنتج المعاد تدويره والتغذية به إلى مراحل وسيطة.

‏وفي النموذج المفضل في الاختراع الحالي؛ أي في عملية تخليق الهيدروكربونات ‎synthesis hydrocarbons‏ عن طريق اختزال ‎«CO‏ فإن جزء على الأقل من الجسيمات الصلبة يتكون من جسيمات محفز يختار من تلك المحفزات ‎catalysts‏ المعروفة جيداً في هذا المجال والتي تستخدم عادة في تحفيز مثل هذا التفاعل. وفي عملية الاختراع الحالي ‎١‏ يمكن استخدام أي من محفزات ‎catalysts‏ تفاعل فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ الخاص بعمليات التخليق؛ وتحديداً تلك المحفزات ‎catalysts‏ التي أساسها الحديد ‎ron‏ أو الكوبالت ‎cobalt‏ ويفضل هنا استخدام المحفزات ‎catalysts‏ التي أساسها الكوبالت ‎coobalt‏ وفيها يوجد الكوبالت ‎cobalt‏ بكمية تكفي ‎OY‏ تكون نشطة من الناحية الحفزية في تفاعل فشير - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ وعادة ما يكون تركيز الكوبالت ‎cobalt‏ حوالي ‎ZY‏ على ‎«JY‏ ويفضل أن ‎YS‏ يتراوح هذا التركيز ما بين 75 و#45 بالوزن؛ والأكثر تفضيلاً من ‎7٠١‏ إلى ‎77٠‏ بالوزن على

CL

‏والمعززات الممكنة في مادة حاملة‎ cobalt ‏أساس مجموع وزن المحفز. ويتم تشتيت الكوبالت‎ ‏؛ أو التيتانيا ويمكن أن يحتوي المحفز على أكسيدات‎ alumina ‏؛ أو الألومينا‎ silica ‏مثل السيليكا‎ earth-alkaline ‏وأكسيدات الأقلاء الأرضية‎ ¢ alkaline ‏أخرى مثل الأكسيدات القلوية‎ oxides ‏النادرة. وقد يحتوي المحفز أيضاً على معادن‎ rare-earth metals ‏وأكسيدات المعادن الأرضية‎ ‏مثل معادن المجموعة = إلى‎ Fischer-Tropsch ‏أخرى يمكن أن تحفز تفاعلات فيشر - تروبش‎ 0 ‏؛ أو تكون معززة للتفاعل‎ ruthenium ‏في الجدول الدوري للعناصر مثل الروثينيوم‎ A ‏المجموعة‎ ‏أو الزركونيوم‎ ¢ hafnium ‏أو الهافنيوم‎ » rhenium ‏أو الرينيوم‎ « molibden ‏الموليبدن‎ Jie ‏وعادة ما توجد المعادن المعززة‎ uranium ‏أو اليورانيوم‎ «cerium ‏أو السيريوم‎ « zirconium ‏على الأقل؛ والأكثر‎ ١ re, ‏ويفضل‎ ٠ eye 0 ‏قدرها على الأقل‎ cobalt ‏في نسبة إلى الكوبالت‎

A ‏إلى‎ ١ te) ‏تفضيلاً من‎ ٠ ‏أعلاه في شكل مساحيق ناعمة يتراوح طول قطرها من‎ catalysts ‏تكون المحفزات‎ dale ‏وبصفة‎ ‏إلى‎ ٠١ ‏ميكرومتر؛ والأكثر تفضيلاً من‎ ٠٠١0 ‏إلى‎ ٠١ ‏ميكرومتر؛ ويفضل من‎ 7٠١ ‏إلى‎ ٠ ‏وفي‎ ٠ ‏أعلاه في وجود طور سائل وطور غازي‎ catalysts ‏ميكرومتر. وتستخدم المحفزات‎ ٠ liquid phase ‏اتسائل‎ shall ‏يمكن أن يشتمل‎ Fischer-Tropsch ‏حالة تفاعلات فيشر - تروبش‎ ١ ‏التي يحتوى الجزئ‎ synthesis hydrocarbons ‏تخليق الهيدروكربونات‎ Jie ‏على أي سائل خامل‎ liquid phase ‏السائل‎ otal ‏الواحد منها على © ذرات كربون على الأقل. ويفضل أن يتكون‎ ‏تزيد نقطة‎ olefinic polymers ‏مشبعة أو بوليمرات أوليفينية‎ paraffins ‏أساساً من برافينات‎ ‏وإضافة إلى ذلك فإن الوسط السائل المناسب‎ 2 YAY ‏عن 7660م ؛ ويفضل أن تزيد عن‎ Lele

Fischer-Tropsch ‏عن تفاعل فيشر - تروبش‎ dal) paraffins ‏يمكن أن يشتمل على البرافينات‎ ٠

Yodo

في وجود أي ‎«ae‏ ويفضل تلك التي تزيد نقطة غليانها عن ‎Tor‏ م ‎»٠‏ أي التي تتراوح نقطة غليانها من حوالي 770 .م إلى حوالي 200 م. وبالنسبة لشحنة المادة الصلبة أو حجم المحفز نسبة إلى حجم المعلق أو المادة المخففة فيمكن أن يصل إلى ‎ion‏ ويفضل أن يتراوح من ‎Sin No‏ © وفي حالة تفاعلات ‎dd‏ - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ يمكن تخفيف غاز التغذية المكون من أول

أكسيد الكربون ‎carbon monoxide‏ والهيدروجين ‎hydrogen‏ وذلك باستخدام غازات أخرى مكثفة بنسبة تصل إلى ‎7X‏ بالحجم كحد أقصى ويفضل ‎7X‏ بالحجم ‘ وهذه تختار عادة من النيتروجين ‎nitrogen‏ ¢ والميثان ‎methane‏ ؛ و ثاني أكسيد الكربون ‎.carbon dioxide‏ ويتم عادة إدخال غاز التغذية إلى قاع المرحلة الأولى من المفاعل وتمريره خلال مراحل قمة

‎٠‏ المفاعل. ويعتبر استخدام كميات أكبر من المخففات الغازية الخاملة ليس فقط محدداً للإنتاجية وإنما يحتاج ‎Load‏ إلى مراحل تحضيرية مكلفة للتخلص من غازات المادة المخففة. ومن المعروف جيداً الظروف التي تجرى فيها عمليات تخليق الهيدروكربونات ‎synthesis‏ ‎hydrocarbons‏ « وتحديداً فيما يتعلق بدرجة الحرارة والضغط. ومع ذلك فإنه في عملية الاختراع الحالي يمكن أن تتراوح درجات الحرارة من ١١م‏ إلى 7860م ؛ ويفضل من ١8٠١م‏ إلى

‎ca FOL 5‏ والأكثر تفضيلاً من ١٠9١م‏ إلى ‎Foo‏ م. وبصفة عامة تزيد قيمة الضغط عن 0,0 ميجا باسكال؛ والأفضل أن تتراوح تلك القيمة من ‎١,5‏ إلى © ميجا باسكال؛ والأكثر تفضيلاً من ‎١‏ إلى ؛ ميجا باسكال. وتؤدي زيادة درجة الحرارة مع بقاء المتغيرات الأخرى كما هي إلى زيادة الإنتاجية؛ غير أنه في تفاعلات فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ تزيد الانتقائية تجاه ‎methane (lal‏ وتقل درجة ثبات المحفز مع زيادة درجة الحرارة.

‎Yt

‎A —‏ _ وفيما يتعلق بالنسبة بين الهيدروجين ‎hydrogen‏ وأول أكسيد الكربون ‎carbon monoxide‏ فإن هذه النسبة يمكن أن تتفاوت إلى حد كبير. ورغم أن النسبة المتكافئة بين الهيدروجين ‎hydrogen‏ إلى أول أكسيد الكربون ‎carbon‏ ‏068 في تفاعل فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ هي في حدود ‎١ :,١‏ فإن معظم 0 العمليات تجرى في معلق يحتوي على نسب منخفضة بين الهيدروجين ‎hydrogen‏ وأول أكسيد الكربون ‎carbon monoxide‏ . وفي عملية الاختراع الحالي تتراوح هذه النسبة من ‎١ :١‏ إلى “؟: ‎١١‏ والأفضل من ‎١ :٠,7‏ إلى ‎AY,‏ ‏شرح مختصر للرسومات سيتم توضيح عملية الاختراع الحالي رجوعاً إلى الأشكال من ‎١‏ إلى 7. " شكل ) \ ( : يوضح درجة الحرارة ‎T)‏ بدرجات كلفن) على امتداد محور المفاعل في ‎lila a)‏ بعدية مشتركة )8( في مفاعل عمود. أخذاً في الاعتبار حالات التدفق الكتلي لكل من الغاز ومعلق السائل/ المادة الصلبة بمعلومية سطح محدد للتبادل الحراري لكل وحدة حجم (»مة). وتكون حالات التشغيل هي: السرعة السطحية للغاز عند مدخل المفاعل ‎١,790 = UF‏ متر/ ثانية؛ التكسير الحجمي للمحفز في المعلق ‎By‏ = 0,705؛ درجة الحرارة عند مدخل المفاعل 7 = 5132 كلفن. ‎١‏ وفي هذا الشكل يمثل الخط المتصل درجة الحرارة؛ وتكون مه = 0,5 ‎Ta [1a‏ بينما يمثل الخط المتقطع متوسط درجة الحرارة في المفاعل ‎0٠ = TE‏ كلفن. شكل (؟): يوضح درجة الحرارة في مفاعل عمود؛ مع الأخذ في الاعتبار حالات التدفق الكتلي لكل من الغاز ومعلق السائل/ المادة الصلبة؛ لمقارنة الحالة المثلى لطرد الحرارة مع الحالة الفعلية. وتكون حالات التشغيل هي: ‎١,70 =U‏ متر/ ثانية؛ 8 = 20 ؛ ‎OWAY = TH‏ كلفن؛

الحد الأقصى لدرجة الحرارة داخل المفاعل ‎5٠“ = TH‏ كلفن. ويمثل الخط المتصل الحالة الفعلية التي فيها ‎[Ta TY = ay‏ مأ بينما يمثل الخط المتقطع الحالة المثلى. شكل (7): يوضح تحول غاز التخليق في مفاعل العمود مع الأخذ في الاعتبار حالات التدفق الكتلي لكل من الغاز ومعلق المادة الصلبة/ السائل؛ لمقارنة ‎Alla‏ المتلى لطرد الحرارة مع © الحالة الفعلية. وتكون حالات التشغيل هي: ‎[a ٠,20 =U‏ ثانية؛ 8 - 1.2 - ره كلفن؛ ‎0٠“ = T™‏ كلفن. ويمثل الخلط المتصل الحالة العقلية التي فيها مه = ‎[Ta YY‏ م" بينما يمثل الخط المتقطع الحالة المثلى. شكل (4): يوضح تحول غاز التخليق ‎(X)‏ نسبة إلى السرعة السطحية للغاز عند مدخل المفاعل - ‏متر؛و7‎ ١ - 11 ‏متر؛‎ 7 =D ‏وفي جميع الاختبارات فإن‎ (N) ‏في عدد من المراحل‎ (Uh

Y= ‏التغذية‎ sale ‏في‎ COM ‏بار ؛ ونسبة‎ 5٠ - ‏كلفن؛ م‎ 1,7 ٠ ‏نسبة إلى السرعة السطحية للغاز في مدخل المفاعل‎ (Pg) ‏شكل (*): يوضح الإنتاجية النسبية‎ ‏متر/ ثانية. وفي‎ ٠ Yo = Ut ‏وتشير الحالة القاعدية إلى يا حل‎ . MN) ‏وعدد المراحل‎ Uh ‏بار؛ ونسبة‎ ٠ =P ‏كلفن؛‎ 0٠,7 =T¢ Ve - 11 ‏متر؛‎ 7 =D ‏جميع الاختبارات فإن‎ ‏في مادة التغذية - ؟.‎ 0/132 ‎١٠‏ شكل )7( : يوضح الزيادة في السطح المحدد للتبادل الحراري لكل وحدة حجم [(1) ‎Jay NY aw‏ نسبة إلى السرعة السطحية للغاز عند مدخل المفاعل ‎(UY)‏ وعدد المراحل ‎(ON)‏ وفي جميع الاختبار فإن 0 - أ متر؛ 11 # ‎7١0‏ متر؛ 1 < 21,7 ‎Vo =P (AK‏ بار؛ ونسبة ‎CO/ Hy‏ في مادة التغذية ‎Y=‏

- ١. ‏شكل (7) : يوضح تقسيم المساحة المحددة للتبادل الحراري في وحدة الحجم بين مراحل مختلفة‎ - 7 ‏متر؛ 11 - 0 متر؛‎ =D ‏وفي جميع الاختبارات فإن‎ (N) ‏نسبة إلى عدد المراحل‎ (ar) ‏التغذية = 7. ويشير هذا الشكل إلى أن‎ sale ‏في‎ CO/ Hp ‏كلفن؛ © = © بار؛ ونسبة‎ 0٠" ‏متر/ ثانية.‎ Fe = ‏السرعة السطحية للغاز أ17‎ ‏الوصف | لتفصيلي:‎ ه٠‎

كما هو معروف لدى الخبراء في هذا المجال؛ هناك نظم تشغيل مختلفة لعمود فقاعات الملاطء وهذه يمكن تمييزها اعتماداً على خصائص الغاز والسائل والمواد الصلبة ‎dnd‏ وعلى ظروف التشغيل مثل درجة الحرارة؛ والضغط؛ وسرعات الغاز والسائل؛ ومعدلات التدفق؛ وتركيز المواد الصلبة؛ وتصميم جهاز التوزيع.

‎٠‏ وهناك نظامين على الأقل من نظم التشغيل التي يمكن تمييزهاء وهما نظام التشغيل المتجانسء ونظام التشغيل غير المتجانس. وفي النظام الأول يتدفق الطور الغازي ‎gas phase‏ خلال المعلق في شكل فقاعات دقيقة مشتتة. وفي النظام الثاني الذي يمكن تمثيله بنموذج ثنائي الأطوار يتدفق الطور الأول المسمى بالطور 'المخفف" والمكون من أجزاء من الغاز خلال المفاعل في شكل فقاعات كبيرة. ويمكن تمثيل الطور الثاني "المكثف" بالطور السائل ‎liquid phase‏ الذي تكون فيه

‎١‏ جسيمات المادة الصلبة معلقة ويكون جزء الغاز المتبقي في شكل فقاعات دقيقة مشتتة. وبالنسبة للفقاعات الكبيرة التي تزيد سرعتها عن سرعة الفقاعات الصغيرة فيمكن بشكل أساسي اعتبارها فقاعات في تدفق كتلي. وبالنسبة للطور المكثف المكون من سائل؛ ومادة صلبة معلقة. وفقاعات دقيقة مشتتة؛ فإنه اعتماداً على حالات التشغيل والجوانب الهندسية للمفاعل يمكن اعتبار هذا الطور في تدفق كتلي أو في تدفق خليط بشكل كامل.

— \ \ — وبالإشارة إلى تفاعل فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ يقارن مثال ‎(V)‏ مستوى التحول المتوقع ‎oly‏ على حالات التدفق النظرية للطور الغازي والطور السائل ‎liquid phase‏ على التوالي. ومن نتائج مثال ‎)١(‏ يمكن ملاحظة أنه بالرغم من التمييز الظاهر لحالات التدفق الكتلي (وليس ‎(CSTR‏ للطور الغازي عندما يكون هناك خليط كامل للطور السائل فإنه من الواضح ‎٠‏ أيضاً ‎of‏ هناك ميزة مماثلة عندما يكون هناك أيضاً طور سائل (أو معلق) في تدفق كتلي. ‎cialis‏ ومن مثال ‎)١(‏ الذي يشير إلى الحالات غير المتجانسة؛ يمكن ملاحظة أنه من المرغوب مرة أخرى ومن الأكثر ملاءمة أن تتوافر ظروف التدفق الكتلي ليس فقط للطور الغازي وإنما ‎Lad‏ للطور السائل. وفي العمليات الطاردة للحرارة ‎Jia‏ عملية فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ فإن خلق حالات ‎SWIPE‏ يؤدي إلى مساوئ تتمثل في وجود جوانب حرارية في العمود؛ بمعنى وجود جوانب لدرجات الحرارة محورياً بامتداد العمود. وفي عمليات فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ فإن التحكم في درجة حرارة التشغيل في المفاعل يعد من العوامل الأساسية؛ حيث يؤثر ذلك بشكل مباشر على انتقائية التفاعل؛ كما أنه مهم لمنع تعرض المحفز للسخونة الزائدة التي قد تضر به. وعلى ذلك فإنه من الضروري هنا توفير مفاعل مزود بنظام تبريد مناسب يتكون - مثلاً - من ‎١٠‏ حزم أنبوبية أو ملفات أو غير ذلك من أنواع أسطح التبادل الحراري الأخرى المغمورة في كتلة من الملاط أو تكون واقعة في السطح الداخلي لعمود المفاعل. ويوضح مثال (©) (شكل ١)؛‏ في نفس ظروف التشغيل وبنفس الجوانب الهندسية للمفاعل؛ مقارنة بين الحالة المثلى التي يفترض فيها تساوي الظروف الحرارية في العمود؛ وبين الحالة الفعلية التي يتكون فيها جانب محوري ويمكن ‎Led‏ تمييز درجة الحرارة القصوى؛ وذلك عندما ‎Yen‏

- yy

يتم استخدام حالات التدفق الكتلي لكل من الطور الغازي ‎gas phase‏ وطور السائل المحتوى

على مواد صلبة.

ولكل نوع من أنواع المحفز يمكن تحديد حدود درجة الحرارة ‎(TT)‏ التي لا يكون من الملام

إجراء التشغيل بعدهاء مع مراعاة أن درجة الحرارة هذه (دالة ليس فقط للخصائص النمطية

‎٠‏ _للمحفز مثل النشاط والانتقائية وإنما دالة أيضاً للخصائص المقاومة للحرارة في المحفز ذاته)

‏يجب عدم تجاوزها أثناء العملية.

‏ويوضح مثال )£( (شكل ‎)١‏ أنه عند الأخذ في الاعتبار قيمة ‎(TH)‏ فإنه يجب هنا الحصول على

‏الجانب الحراري المحوري الذي يقل بشكل كامل عن الجانب ‎Jad)‏ متساوي الحرارة. ويعني

‏ذلك أن درجة التحول التي يتم الحصول عليها في ‎Alla‏ التدفق الكتلي الفلي (غير متساوي ‎٠‏ الحرارة) تكون أقل منها في ‎PR Alla‏ المثلى (حالات تساوى الحرارة) كما يشير إلى ذلك ‎Js‏

‎(7)

‏وتحت ظروف التشغيل النمطية لمفاعلات العمود تصبح عملية الخلط الرجعي لمعلق السائل

‏والمادة الصلبة أكثر أهمية وذلك عند زيادة طول قطر العمود إلى الحد الذي يمكن فيه بشكل

‏واقعي المطالبة بالخلط الكامل لطور السائل لأحجام المفاعل الصناعية (عندما تكون السرعة ‎١‏ السطحية محدودة). ومن ناحية أخرى فإنه من الممكن افتراض قيمة ‎PF‏ للغاز في عمليات يكون

‏فيها معدل التدفق عالياً وتكون السرعة السطحية عالية.

‏وبناء على ذلك»؛ ومن مثال )0( الذي تتم فيه محاكاة عمود الملاط بنموذج ‎CSTR‏ للسائل

‏ونموذج ‎«Bll PF‏ يمكن هنا ملاحظة أن معدل التحول المتحصل عليه قد زاد مع زيادة عدد

‏المراحل مع ثبات مجموعة حجم التفاعل. وبمعنى آخر فإن ما يمكن الحصول عليه في عدة © مفاعلات على التوالي يمكن الحصول عليه أيضاً في مفاعل واحد متعدد المراحل.

EN

‏يمكن الحصول على زيادة قدرها 798 في‎ dal je of ‏ويلاحظ في شكل )8( أنه باستخدام‎ ‏درجة التحول. ويعني ذلك أنه مع نفس معدل تدفق الغاز عند فتحة الدخول (أو السرعة السطحية‎ ‏للغاز) وبنفس الحجم الكلي للتفاءعل يمكن الحصول على إنتاجية أعلى (شكل 0( باستخدام واحدة‎ ‏أو أكثر من وسائل الفصل.‎ ‏فإن زيادة معدل تدفق‎ (V= N) ‏ويوضح شكل )0( أنه بالنسبة لمفاعل تقليدي أحادي المرحلة‎ الغاز (أو السرعة السطحية للغاز) يتبعها انخفاض في معدل التحول في المفاعل؛ بينما تزيد الإنتاجية. ويمكن توضيح هذا السلوك عندما نأخذ في الاعتبار أن التفاعل يحدث في طور سائل مخلوط بشكل كامل ‎(CSTR)‏ ونتيجة لذلك فإن معدل التفاعل يعتمد هنا على التركيز النهائي للمواد ‎٠‏ الكاشفة في الطور السائل ‎liquid phase‏ ؛ وهذا التركيز يكون أعلى بالنسبة للتحولات الأمسغر للمواد الكاشفة. وفي دراسات أخرى فإنه مع زيادة تركيز المواد الكاشفة في الطور السائل ‎liquid phase‏ يزيد معدل التفاعل ومن ثم تزيد الإنتاجية. وبالتالي فإنه في حالة المفاعل التقليدي ‎(Y= N)‏ تكون زيادة الإنتاجية من العوامل التي تضر بمعدل التحول؛ ولذلك فإنه كلما زادت درجة الإنتاجية المطلوبة تزيد تبعاً لذلك كمية المواد الكاشفة غير المتحولة والتي يلزم استخدامها ‏ض ‎٠‏ و/أو إعادة تدويرها. ‏ومن مزايا عملية الاختراع الحالي أنه نظراً لزيادة عدد المراحل عن ‎١‏ فإن ذلك يسمح بزيادة الإنتاجية والتعويض أيضاً عن الفقد في معدل التحول. وفي الواقع يتضح من شكل )0( أنه مع نفس حجم التفاعل الكلي ‎(Say‏ الحصول على تحول بنسبة 7455 على الأقل في مرحلة واحدة عندما تكون السرعة السطحية للغاز ‎١.١‏ م/ ‎dali‏ وفي ‎٠‏ مرحلتين على الأقل ‎Lie‏ تكون السرعة ‎٠,7‏ م/ ثانية؛ وفي ¥ مراحل على الأقل عندما تكون

_ ١ ‏ب‎

السرعة ‎٠,“‏ م/ ثانية. وبهذه الطريقة يمكن مضاعفة الإنتاجية بالانتقال من مرحلة واحدة إلى

مرحلتين (ومن ‎٠.١‏ إلى ‎fa ١,7‏ ثانية)؛ كما يمكن الحصول على ¥ أمثال الإنتاجية عند الانتقال

من مرحلة واحدة إلى ؟ مراحل (ومن ‎٠.١‏ إلى ‎٠,7‏ م/ ثانية).

وتجدر الإشارة إلى أنه لكل معدل تدفق للغاز (أو السرعة السطحية للغاز) وحجم التفاعل الكلي

‎٠‏ تكون هناك حدود للتحول تزيد من عدد المراحل؛ وهذا يتناظر مع ما يتم الحصول عليه في حالة

‏التدفق الكتلي للسائل. وفي الواقع؛ وكما يظهر في شكل )0( فإنه عندما تكون ‎Vom N‏ (تتتاظر

‏بشكل عملي مع قيمة ‎PF‏ للسائل) تقل هنا مستويات التحول المتحصل عليها مع زيادة السرعة

‏السطحية للغاز.

‏ويمكن قبول نظرية تساوي الحرارة نظراً للحقيقة التي مفادها أنه يتم استخدام نظم تبريد مستقلة ‎yo‏ لكل مرحلة.

‏وفي مثال (1)؛ ولنفس حالات التشغيل المتبعة في مثال (5)؛ تم حساب المساحة المحددة لسطح

‏التبادل الحراري لكل وحدة حجم. ويقارن مثال )7( تلك القيم نسبة إلى عدد ‎N‏ من المراحل

‏والسرعة السطحية للغاز. ويمكن هنا ملاحظة المساحة المحددة لسطح التبادل الحراري تزيد مع

‏زيادة عدد المراحل ‎N‏ نسبة إلى الزيادة في معدلات التحول التي تحدث في حد ذاتها عند زيادة ‎١‏ عدد المراحل. ولضمان توافر حالات التساوي الحراري على طول المفاعل أو في كل مرحلة

‏فإنه يتوقع أن تكون مسافة سطح التبادل الحراري لكل مرحلة متناسبة مع كمية الحرارة الناتجبة

‏في المرحلة ذاتها. ويوضح شكل ‎(A)‏ (مثال ‎(TV‏ كيفية توزيع مساحة سطح التبادل الحراري في

‏كل مرحلة كدالة لمجموعة عدد المراحل التي يتم فيها تقسيم إجمالي حجم التفاعل.

‏سيتم الآن عرض الأمثلة التالية من أجل تفهم أفضل للاختراع الحالي:

— مج \ _— مثال ‎:)١(‏ ‏مقارنة بين نماذج مثالية مختلفة لمفاعل عمود ثلاثي المراحل يعمل وفق نظام متجانس في عمليات ‎Galan‏ فيشر - ‎Fischer-Tropsch (jus ji‏ ولكي يتم وصف سلوك مفاعل عمود ثلاثي المراحل يعمل بنظام متجانس؛ يمكن هنا تمييز ؟ ‎٠‏ تماذج ‎Ale‏ على الأقل:

‎-١‏ نموذج يكون فيه الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوى على جوامد معلقة مختلط بشكل كامل ‎(CSTR)‏

‏~ توازن المادة في الطور الغازي ‎gas phase‏ :

‏نبو ‏زه - حب ( ‎(lea)‏ -بومعم2 - بؤاو2 ‎ve‏ - توازن المادة في الطور السائل ‎liquid phase‏ : 262 ‎Ore - —(kra) ( a: - Cp ) +e VIR;‏ - بطر

‏حيث:

‏- ”م0 = معدل التدفق الحجمي للغاز عند فتحة دخول المفاعل؛

‎Qo -‏ = معدل التدفق الحجمي للغاز عند فتحة الخروج في المفاعل؛

‎Qs" - yo‏ = معدل التدفق الحجمي للسائل عند فتحة دخول المفاعل؛ - :© = معدل التدفق الحجمي للسائل عند فتحة الخروج في المفاعل؛ ‎٠ ¢ ٠‏ \

-- “م6 التركيز المولاري للمادة الكاشفة في الطور الغازي ‎gas phase‏ عند فتحةٌ دخول المفاعل؛ ‎Cg; -‏ = التركيز المولاري للمادة الكاشفة في الطور الغازي ‎gas phase‏ عند فتحة الخروج في المفاعل؛ ° - "© «التركيز المولاري للمادة الكاشفة في الطور السائل ‎liquid phase‏ عد فتحة دخول المفاعل؛ - © = التركيز المولاري للمادة الكاشفة في الطور السائل ‎liquid phase‏ عند فتحة الخروج في المفاعل؛ ‎(KP) -‏ = معامل انتقال الكتلة الحجمية للغاز - السائل نسبة إلى المادة ‎٠١‏ الكاشفة؛ ‎cul = H; -‏ "هنري" نسبة إلى المادة الكاشفةح ‎Ep -‏ = ثبات المعلق ‎Jill)‏ + المادة الصلبة)؛ ‎VL -‏ = حجم ‎Je lanl)‏ ¢ ‎Rj -‏ = معدل استهلاك المادة الكاشفة في الطور السائل ‎liquid phase‏ ‎Vo‏ والذي يشير إلى حجم المعلق غير المعرض ‎tel sell‏ ‎CO cH; =1 =‏ ومع حدوث التفاعل باستهلاك عدد من المولات يؤخذ في الاعتبار هنا نقص حجم الغاز:

0=0°(1+0X) ‏حيث:‎ ‏عر - تحول غاز التخليق؛‎ -

N= Q(X=1)Q(X=D) = ‏»م - معامل التراجع في الحجم‎ - ‏فقط المحتوي على جوامد معلقة يكون‎ liquid phase ‏؟- نموذج يفترض فيه أن الطور السائل‎ oo ‏في العمود في تدفق كتلي‎ gas phase ‏بينما يتدفق الطور الغازي‎ (CSTR) ‏مخلوطاً بشكل كامل‎ :(PF) : gas phase ‏توازن المادة في الطور الغازي‎ - d(ucce,) CG, ‏سيت‎ - kai ‏يزه - حي‎ : liquid phase ‏توازن المادة في الطور السائل‎ - ٠١ 7 eG; 01%; - Quer; = ‏ره - ب ( وعم ان‎ dz +e VIR; 0 i ‏حيث:‎ ‏السرعة السطحية للغاز؛‎ = Ug - ¢ ‏الإحداثي المحوري للمفاعل‎ 7 — ‏(السائل + المادة الصلبة + الغاز).‎ of sell ‏ارتفاع المعلق المعرض‎ = H - Vo \ ٠ ‏ع‎ ٠

*- نموذج يفترض فيه أن كل من الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ المحتويان على مواد لبة في تدفق كتلي في العمود ‎(PF)‏ ‏- توازن المادة في الطور الغازي ‎gas phase‏ : ‎du C i) CG,i‏ ( مه - ‎a (Set‏ تنك ° - توازن المادة في الطور السائل ‎liquid phase‏ : ‎d(urcr;) CG‏ ‎iH = CLi ) + eR;‏ ( بره - = — -— حيث: - ]ا - السرعة السطحية للطور السائل . ويمكن أن يكون الطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوي على الجوامد المعلقة في ‎Alla‏ تدفق على ‎٠‏ مراحل؛ أو أن يحتوي على تدفق متزامن مع التيار الذي تتم التغذية به إلى المفاعل من قاع العمود . وقد تمت المقارنة بين النماذج المختلفة بنفس حجم التفاعل الإجمالي وتحت نفس ظروف التشغيل التي يفترض فيها التساوي الحراري. وتشير الحركية هنا إلى محفز قياس يتكون أساساً من الكوبالت ؛:لق0. وتعتبر المادة الصلبة موزعة بشكل غير موحد بكامل طول المفاعل. وقد تمت ‎\o‏ الحسابات باستخدام 7 برامج حسابية مختلفة وهذا ‎Chad‏ لوصف النماذج السابقة المطبقة على تفاعلات فيشير - تروبش الخاصة بعمليات التخليق. ويوضح جدول )1( الجوانب الهندسية ‎١‏ للمفاعل؛» وحالات التشغيل والنتائج المتحصل عليها:

- yao ١( J gan

JEN) ‏أن هناك زيادة في معدل التحول تم الحصول عليها عند‎ (V) ‏ويظهر بوضوح في جدول‎ ‏من حالة الخلط الكامل لكل من الطورين إلى حالة يفترض فيها حدوث التدفق الكتلي للطور‎ ‏الغازي على الأقل. ومع ذلك فقد كانت الزيادة الكبرى هي تلك التي تم الحصول عليها عندما‎ كان الطورين الغازي والسائل المحتوي على جوامد في وضع التدفق الكتلي. وفي هذه الحالة وهي حالة التساوي الحراري تم الحصول على أقصى درجة من التحول تحت نفس تلك الظروف.

- ١١. ‏مثال (؟):‎ ‏مقارنة بين نماذج مثالية مختلفة لعملية تشغيل مفاعل عمود ثلاثي الأطوار في نظام غير متجانس‎

Fischer-Tropsch ‏ينطبق على حالات التخليق وفق عمليات فيشر - تروبش‎ ‏في عملية التشغيل بالنظام غير المتجانس هناك تفرقة بين جزء الغاز الموجود في المنطقة‎ ‏المخفضة والمتدفق في العمود في شكل فقاعات كبيرة بواسطة تيار كتلي؛ وبين الجزء الباقي من‎ 0 ‏في شكل فقاعات صغيرة والذي يتكون من سائل ومادة صلبة‎ ES) ‏الغاز والمحتجز في الطور‎ ‏مشتتة. كذلك؛ وفي هذه الحالة وكما في المثال السابق تمت مقارنة النتائج المتحصل عليها في ؟‎ ‏نماذج مثالية مختلفة:‎ ‏حيث يكون الطور المكف مخلوط‎ (PF) ‏نموذج يكون فيه الطور المخفف في تدفق كتلي‎ -١ ‏بشكل كامل؛ مع تجاهل وجود الفقاعات الصغيرة؛ ومع الافتراض بأن معدل التدفق الكلي للغاز‎ ٠ ‏الداخل إلى العمود يتدفق إلى المفاعل في شكل فقاعات كبيرة.‎ ‏(الطور المخفف):‎ gas phase ‏توازن المادة في الطور الغازي‎ ~ du C 59 2 Ji ‏لتك‎ _ a(S - ‏مه‎ ( ‏(الطور المكثف):‎ liquid phase Jad) ‏توازن المادة في الطور‎ - - 0,0 a Ci Vo

Or; - Oren j= Af 1 ‏هن‎ —g— - ‏لواب + عه | به‎ ‏في‎ Lay ‏يكون الطور المكثف؛‎ Cua (PF) ‏نموذج يكون فيه الطور المخفف في تدفق كتلي‎ -١ :(CSTR) ‏اختلاط كامل‎ Alla ‏ذلك جزء من الفقاعات الصغيرة؛ في‎

- توازن المادة في الطور الغازي ‎gas phase‏ (الطور المخفف): 26 = Udf)CG Jar ei) CG large, —_— ‏ال‎ = (RL@)iarge, mC ‏(فقاعات صغيرة في طور‎ gas phase ‏توازن المادة في الطور الغازي‎ - ‏مكثف):‎ ‎CG ‏العم‎ ‎tar (i - CG matt) = ‏ببلاه(122)‎ ( — — cri ) ° ‏(الطور المكثف):‎ liquid phase ‏توازن المادة في الطور السائل‎ - - 29 - Qc ‏ح‎ ‎H ,

Af 0 (RL@)1arge,i ( ‏لبت‎ - cr dz —

A (kt) sman i ( oe - cp ) +e, VLR; ‏حيث تشير الأحرف العلوية الكبيرة والصغيرة إلى الغاز الموجود في الفقاعات الكبيرة والغاز‎ ٠ ‏وحيث:‎ eo Jal ‏الموجود في الفقاعات الصغيرة على‎ ‏عونا = السرعة السطحية للغاز في الطور المكثف؛‎ - ‏السرعة السطحية للغاز في الطور المخفف.‎ = (Ug - Ug) - .)١( ‏وبالنسبة للرموز الأخرى تصلح التعريفات التي وردت في مثال‎ (PF) AS ‏تدق‎ Alls ‏في‎ CES) ‏؟- نموذج يفترض فيه أن كل من الطور المخفف والطور‎ vo ‏توازن المادة في الطور الغازي 88871886 (الطور المخفف):‎ - duces.) CG — — = (kr); ( TH — Cri )

Yel

- توازن المادة في الطور السائل ‎liquid phase‏ (الطور المكثف): ‎duc) CG,i‏ بال +[ به - 7-5 ‎—(kLa);‏ = —— ولهذا المثال أيضاً تصلح الافتراضات الواردة في مثال (١)؛‏ بمعنى أن الطور السائل ‎liquid‏ ‎phase‏ المحتوى على مادة صلبة معلقة يتدفق في دفعات متزامنة نسبة إلى تيار الغاز الذي تتم 0 التغذية به إلى قاع المفاعل. وتجرى المقارنة بين النماذج المختلفة على أساس نفس حجم التفاعل الكلي ونفس ظروف التشغيل 6 مع الافتراض بوجود حالات التساوي الحراري. وتشير ‎iS all‏ هنا إلى ‎Sina‏ يتكون أساساً من الكوبالت ‎coobalt‏ وتعتبر المادة الصلبة في هذه الحالة موزعة بشكل غير موحد على كامل طول المفاعل. وقد تمت الحسابات بنفس البرامج الحسابية المستخدمة في مثال (١)؛‏ ويوضح جدول ‎)١(‏ الجوانب الهندسية وحالات التشغيل والنتائج ‎٠‏ المتحصل عليها. جدول(؟) أبعاد المفاعل: حالات التشغيل: - تركيب غاز التغذية ‎CO/H,‏ = ؟ )+ ‎Zo‏ منتجات خاملة) "لال ‎pt‏ متو - سرعة غاز الدخل ‎٠‏ سم/ ثانية مرعة مال ‎od‏ ‎op tt 5‏ ‎Yet‏

سرب - ومن تلك النتائج المتحصل عليها يتضح أنه بإدخال درجة معينة من الخليط الرجعي فإن ذلك يؤدي إلى خفض معدل تحول غاز التخليق نظراً لتأثير الفقاعات الصغيرة المحتجزة ي الطور المكثف المخلوط بالكامل (نموذج 7). وفي هذه الحالة ‎Load‏ فإن إجراء عملية التشغيل بكلا الطورين في تدفق كتلي يضمن هنا الحصول على أقصى معدل للتحول.

:)*( ‏مثل‎ ٠ ‏درجة الحرارة في مفاعل العمود ثلاثي الأطوار عندما تحدث الحالة التي يكون فيها الطور‎ ‏المحتوي على المادة الصلبة المعلقة في وضع‎ liquid phase ‏والطور السائل‎ gas phase ‏الغازي‎ ‏تدفق كتلي؛ ويتم فيها الحصول على التبادل الحراري باستخدام نظام تبريد داخلي. التطبيق على‎

تفاعلات تخليق فيشر - تروبيش ‎Fischer-Tropsch‏ ‎٠‏ إن الافتراض بحدوث حالة التساوي الحراري لمفاعل عمود فقاعات ثلاثي الأطوار يعمل تحت ظروف التدفق الكتلي لكل من الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوي على مادة صلبة معلقة هو افتراض غير واقعي عندما تؤخذ في الاعتبار التفاعلات الطاردة للحرارة بدرجة كبيرة للغاية. وحتى مع إزالة الحرارة بواسطة نظام تبريد داخلي فقد تثبت درجة الحرارة المحورية داخل العمود؛ وهي الحرارة التي يعتمد مداها الأقصى على ‎١‏ حالات نظام التفاعل وخصائص نظام التبريد. وعند توافر الظروف المبينة في جدول (7)؛ فإنه بدلاً من افتراض حالات التساوي الحراري يتم إدخال التوازن الحراري: ‎Cp,SLPSLUL SE = e1,(-AH)coRco - hwaw(T — Tw)‏ ‎Yeo‏

‎Y $ —‏ — حيث: - :م = الحرارة النوعية للمعلق ‎density of the suspension‏ (سائل + مادة صلبة) ¢ ‎Pg. -‏ = كثافة المعلق (سائل + مادة صلبة) ‎=T - 0‏ درجة الحرارة داخل المفاعل؛ : ‎Tw -‏ = درجة حرارة مائع التبريد ¢ - »1 = معامل التبادل الحراري الكلي؛ - مع = المساحة المحددة لسطح التبادل الحراري لكل وحدة حجم؛ ‎((AH)co -‏ = المحتوى الحراري لوحدة كتلة التفاعل نسبة إلى المادة ‎ye‏ الكاضفة 0؛ ‎Reo -‏ = معدل استهلاك المادة الكاشفة ‎CO‏ في الطور السائل ‎liquid‏ ‎ds phase‏ إلى حجم المعلق غير المعرض للهواء. ويوضح شكل ‎)١(‏ جوانب درجة الحرارة المتحصل عليها أخذاً في الاعتبار الحالات الإضافية التي جاء وصفها في جدول ‎L(Y)‏ وفي هذا الشكل يشير المنحنى "م" إلى درجة الحرارة في ‎١‏ _المفاعل؛ بينما يتناظر الخط ‎"BY‏ من ناحية أخرى مع متوسط درجة الحرارة داخل المفاعل. وفي التوازن الحراري المشار إليه عاليه يتم تجاهل مساهمة ‎shall‏ الغازي ‎gas phase‏ ؛ بينما يفترض أن لكل من الغاز والسائل والمادة الصلبة نفس درجة الحرارة في كل قطاع من المفاعل. وهناك ‎Yodo‏

— مج ‎Y‏ _ نظرية إضافية تتعلق بالتبادل الحراري؛ وهذه تقضي بأن درجة الحرارة في مائع التبريد تكون ثابتة. جدول (©) حالات تشغيل إضافية - درجةالحرارة عند مدخل لماعل - درجة ‎tin‏ ‏- معامل التبادل الحراري الكلي ‎ ,‏ كيلو كالوري/ ما - المساحة المحددة لسطح التبائل الحراري لكل وحدة حجم - حرارة التفاعل نسبة إلى المادة الكاشفة ‎CO‏ : = 61,04 كيلو كالوري/ مول ‎.CO‏ ‏مثال (6): درجة الحرارة في مفاعل العمود ثلاثي الأطوار عندما تحدث الحالة التي يكون فيها الطور الغازي ‎gas phase‏ والطورالسائل المحتوى على المادة الصلبة المعلقة في وضع تدفق كتلي؛ ويتم فيها الحصول على التبادل الحراري باستخدام نظام تبريد داخلي. ويتم هنا تحديد الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي يمكن التوصل إليها داخل المفاعل. التطبيق على تفاعلات تخليق فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ ‎٠‏ ولكل من أنواع المحفزرات ‎(Say catalysts‏ تحديد حدود درجة الحرارة ‎(Tin)‏ وهي الدرجة التي لا تتم بعدها عملية التشغيل على نحو ملائم. ويعني ذلك أنه بافتراض وجود كل من الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوى على مادة صلبة معلقة في وضع التدفق الكتلي يكون من الضروري هنا التحكم في درجة الحرارة بحيث لا تزيد عن تلك القيمة الحدية عند أي من نقاط العمود. وفي الحالة التي تم وصفها في مثال (©) فإنه عند اعتبار القيمة ‎١ ٠ ٠‏

240 كقيمة ثانية ل ‎(Ti)‏ يكون من الضروري في هذه الحالة يتحسن التبادل الحراري عن طريق إدخال مساحة سطح أكبر للتبادل الحراري ‎heat exchange surface area‏ 16عنط. ويشير جدول () إلى حالات تشغيل جديدة للوصول بالشكل ‎)١(‏ (المنحنى ‎(MAT‏ إلى مستوى أدنى من حدود درجة الحرارة. جدول (ء) ‎Ep‏ ‏ديوة حرق جو ‎or‏ ‏- معامل التبادل الحراري الكلي 4 كيلو كالوري/ ‎Ta‏ ‏- المساحة المجندة للح التبدل الحزاري لوجدة) الحجم - حرارة التفاعل نسبة إلى المادة الكاشفة ‎CO‏ -04.٠؛‏ كيلو كالوري/ مول ‎CO‏ ‏درجة الحرارة. ويعني التشغيل بدرجة الحرارة تحت نفس الظروف أن يتم الحصول على منتج قليل مقارنة بالحالة التي تكون فيها درجة الحرارة ثابتة ومساوية للحد الأقصى الذي يمكن عنده إجراء عملية التشغيل بمحفز معين (المنحنى "5" ‎(Y JE‏ . ويوضح شكل )7( جوانب ا التحول في عمود في حالة مثلى من التساوي الحراري (المنحنى ‎("B"‏ وفي الحالة الفعلية (المنحنى "ه") ‎٠١‏ بدرجة الحرارة التي جاء وصفها في شكل ) ¥ ( . وكما يظهر في شكل ) ‎(Y‏ فإن التحول النهائي الذي تم الحصول عليه في مفاعل العمود باستخدام نظرية مثالية يتناظر هنا مع القيمة 798 بينما باستخدام النظرية الفعلية فإن ‎Jean‏ غاز التخليق يقل إلى ‎JAY‏ ‏مثال (ه): مفاعل متعدد المراحل يكون فيه الطور الغازي ‎gas phase‏ في تدفق كتلي في كل ‎ita jo‏ ‎vo‏ ويكون الطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوى على المواد الصلبة مخلوطاً بشكل كامل في كل ‎١ ٠ 2 ٠‏

‎Y 7 —‏ — مرحلة. التطبيق على عملية تخليق فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ تحول غاز التخليق والإنتاجية لمفاعل العمود مقابل عدد المراحل. وباستخدام نموذج ‎)١(‏ في مثال ‎(Y)‏ لوصف سلوك كل مرحلة تم تعديل البرنامج الحسابي المناظر لدراسة تأثير عدد المراحل التي يتم فيها تقسيم حجم تفاعل وميض؛ مع الحفاظ على حالات التساوي الحراري داخل كل مرحلة والعمود ككل. وقد تمت مقارنة بين أداء المفاعل الذي ثم الحصول عليه بعدد مختلف من ‎Jal yall‏ ‘ وذلك لسرعات سطحية مختلفة للغاز . ويفترض في هذا المثال أن المسافة بين وسائل الفصل ثابتة؛ بمعنى أن جميع المراحل يكون لها نفس الارتفاع. ويصف جدول ) © ( حالات التشغيل. جدو 1 2 أبعاد المفاعل: ‎Ce‏ ‏- عد المراحل حالات التشغيل: ‎fis cbs 2) Y= cor‏

‏- مفاعل الارتجاع المفترض ‎Pep‏ ض

‏- مرعةسائل المدخل

‏- تركيز المادة الصلية إجزء الحجم)

‏- كلافة اطق ‎J)‏ + مادة صلية)

ام" - ويوضح شكل )£( التحول النهائي المتحصل عليه عند منفذ الخروج للعمود بأكمله لسرعات سطحية مختلفة للغاز نسبة إلى عدد المراحل التي يقسّم عليها العمود. وكما يشاهد في شكل )£( فإنه بزيادة عدد المراحل يزيد مستوى التحول النهائي حتى مع وصول معدل التحول إلى ‎Lal‏ ‏المقارب عند عدد معين من المراحل. والخط المقارب هنا هو عبارة عن ذلك الخط الذي يتتاظر

ض ‎٠‏ مع الافتراض بحدوث التدفق الكتلي للطور السائل أيضاً الذي يحتوي على مادة صلبة معلقة في ظروف من التساوي الحراري. ويتبين من شكل (4) أن ‎٠‏ من الزيادة في التحول تحدث في المراحل الأربع الأولى. ونتيجة لزيادة معدل التحول تزيد إنتاجية المفاعل مع زيادة عدد المراحل؛ مع بقاء الحالات والظروف الأخرى دون تغير. ويوضح شكل )0( قيم الإنتاجية النسبية ‎PR‏ مع اختلاف عدد المراحل ولقيم سرعة سطحية مختلفة للغاز عند مدخل المفاعل؛

‎٠‏ مشيراً بذلك إلى ‎Alla‏ أساسية تناظر المفاعل التقليدي ذو المرحلة الواحدة وسرعة للغاز قدرها ‎٠‏ سم/ ثانية. وكما يلاحظ في شكل )0( الذي يشير أيضاً إلى مستويات التحول المناظرة لكل إنتاجية نسبية؛ فإن الزيادة في السرعة السطحية للغاز نفسه يؤدي إلى زيادة هائلة في الإنتاجية؛

‏ولكن على حساب مستوى التحول النهائي المتحصل عليه في العمود. ويعني ذلك أن الزيادة في

‏معدل التدفق الغازي في المفاعل التقليدي (مرحلة واحدة) يؤدي من ناحية إلى تحسين الإنتاجية؛

‎٠‏ ولكن من ناحية أخرى يؤدي إلى كمية أكبر من المواد الكاشفة غير المتحولة والتي يتعين استخلاصها وإعادة تدويرها مما يزيد من تكاليف الوحدة الصناعية وتكاليف التشغيل. وعلى العكس من ذلك فإن المفاعل ذو المراحل المختلفة يسمح بزيادة قيمّ الإنتاجية مع الحفاظ على مستويات تحول عالية للمواد الكاشفة؛ أي بمعنى ‎AT‏ يحسن أداء المفاعل التقليدي تحت نفس

‏ظروف التشغيل وبنفس الجوانب الهندسية للمفاعل. ‎Vote‏

— Y q —

مثال (6):

مفاعل متعدد المرحل يكون فيه الطور الغازي ‎gas phase‏ في تدفق كتلي في كل مرحلة؛ بينما

الطور السائل ‎liquid phase‏ المحتوي على مادة صلبة معلقة يكون مخلوطاً بشكل كامل في كل

مرحلة التطبيق على تفاعلات تخليق فيشر - تروبش ‎Fischer-Tropsch‏ ]1. زيادة وتقسيم 0 المساحة المحددة لسطح التبادل الحراري لوحدة الحجم.

في مثال (*5)؛ فإنه للحفاظ على التساوي الحراري في كل مرحلة في العمود بأكمله تحت إزالة

الحرارة الناتجة عن التفاعل في كل مرحلة. وقد تم حساب المساحة المحددة لسطح القتبادل

الحراري واللازم إدخالها في كل مرحلة؛ بينما بقيت معاملات التبادل الحراري ودرجة حرارة

مائع التبريد كما هي دون تغيير.

‎٠١‏ ومع زيادة عدد المراحل ؛ وبنفس حجم التفاعل وظروف التشغيل تزيد مجموعة مساحة سطح التبادل الحراري نظراً لزيادة معدل التحول. ويوضح شكل )1( زيادة مساحة سطح التبادل الحراري ‎(NY al)‏ ,مه ويشير هنا إلى ‎Alla‏ مفاعل تقليدي (مرحلة واحدة)؛ ولعدد مختلف من المراحل (من ‎١‏ إلى ¢ ل ‎alg‏ مختلفة للسرعة السطحية للغاز . ويوضح جدول ) 7( في حالة يتعلق بسرعة سطحية للغاز قدرها ‎Ye‏ سم/ ثانية تقسيم مساحة سطح التبادل الحراري لوحدة

‎١‏ _ الحجم بين مراحل مختلفة ‎(ag)‏ مع اختلاف عدد المراحل. وفي شكل ‎oY)‏ من ناحية أخرى؛ يشار إلى القيم الواردة في شكل (6) في شكل رسم بياني. ويتأكد نفس توزيع مساحة سطح التبادل الحراري كمياً بسرعات غاز مختلفة.

دوس جدول )8( ند ‎i‏ ‏| ل الج | ‎EE‏ ‏ااا لل | ‎Ce‏ ‎or |= eee‏ ومن الأمثلة التي تم وصفها عاليه يتضح أن التشغيل في ظروف يعد فيها كل من الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ في تدفق ‎AS‏ يؤدي إلى تحسين أداء المفاعل فيما © يتعلق بالتحول والإنتاجية. ومع ذلك فإن درجات الحرارة المتحصل عليها في مفاعل عمود تقليدي أحادي المرحلة تعد من المساوئ في ‎Alla‏ أن يثبت حدوث التدفق الكتلي لكل من الأطوار» وذلك عند التشغيل في حدود معينة لدرجات الحرارة. وباستخدام المفاعل متعدد المراحل فإنه من الممكن هنا: ‎)١‏ الوصول إلى سلوك التدفق الكتلي لطور الغاز وطور السائل المحتوي على مادة صلبة معلقة؛ ‎(Y ٠‏ الحفاظ على تجانس المادة الصلبة المعلقة نظراً للخلط الكامل تقريباً للطور السائل في كل مرحلة ¢ ')الحفاظ على حالات التساوي الحراري في كل مرحلة وفي عمود المفاعل بأكمله. وبهذه الطريقة يتحسن أداء المفاعل فيما يتعلق بالتحول والإنتاجية. ‎٠ ¢ ٠‏ \

Claims (1)

1. دوسا عناصر الحماية ‎١ ١‏ - عملية تجرى على نحو أمثل في مفاعل عمود فقاعات ‎bubble column reactor‏ ‎Y‏ في وجود طور غازي وطور سائل يشتمل على مادة صلبة معلقة لتكوين 7 الهيدروكربونات الثقيلة ‎heavy hydrocarbons‏ عموما بدءاً من خليط غازي يحتوي على ‎Hy 5 CO ¢‏ في وجود محفزات ‎catalysts‏ مناسبة؛ وتتميز العملية بما يلي : ‎)١( 0‏ تجرى العملية في عدد من المراحل يساوي أو يزيد عن عددها مرحلتين )< ‎(Y‏ ‏1 ويتم التحكم في درجة الحرارة بشكل منفصل في كل مرحلة. ل (7) تكون حالات تدفق الطور الغازي ‎gas phase‏ والطور السائل ‎liquid phase‏ ‎A‏ المحتوى على الجوامد مشابهة إلى حد كبير لحالات التدفق الكتلي التي يتراوح ‎q‏ فيها معدل الغاز ما بين © سم/ ثائية و70 سم/ ثانية ومعدل السائل ما بين ‎Ye‏ صفر و١٠‏ سم/ ثانية؛ )0 (©) يكون تركيز الجوامد في كل مرحلة ثابت إلى حد كبير ومتساو لكل مرحلة ل ويتراوح ما بين © و 780 (حجم/ حجم). ‎١‏ 7 - العملية وفق عنصر الحماية ‎١‏ وفيها تتراوح سرعة الغاز من © إلى ‎٠٠١‏ سم/ ‎ "‏ ثانية؛ وسرعة السائل من صفر إلى 7 سم/ ‎A‏ ‎١‏ ؟ - العملية وفق عنصر الحماية ‎oF‏ وفيها تتراوح سرعة الغاز من صفر إلى 560 سم/ ‎EY‏ وسرعة السائل من صفر إلى ‎١‏ سم ثانية. ‎١‏ ؟ - العملية وفق عنصر الحماية ‎١٠‏ وفيها يتراوح تركيز المادة الصلبة في كل مرحلة "من ‎2٠١‏ إلى 745 (حجم/ حجم). ‎Yodo‏

   ‎YY —‏ - ‎١‏ - > - العملية وفق عنصر الحماية ‎of‏ وفيها يتراوح تركيز المادة الصلبة في كل مرحلة من ‎/Xo‏ إلى 14 (حجم/ حجم). \ 1 - العملية وفق عنصر الحماية 3 وفيها تكون درجة الحرارة ثابتة في كل مرحلة ‎Y‏ ومتساوية لجميع المراحل ‎٠‏ ‎١ ١‏ العملية وفق عنصر الحماية ‎A‏ وفيها يتراوح عدد المراحل من ‎Y‏ إلى بن ‎١‏ + - العملية وفق عنصر الحماية ‎oY‏ وفيها يتراوح عدد المراحل من “ إلى 4. ‎"١ 9 ١‏ العملية وفق عنصر الحماية ‎١‏ ¢ وتتميز باحتوائها على تفاعل فيشر 0 تروبش ‎Fischer-Tropsch Y‏