کارایی الکتروموتور در صنعت پتروشیمی

از ضروری ترین مواد اولیه مورد نیاز در صنایع مختلف فرآورده های تولید شده در صنعت شیمی و پتروشیمی است.

صنعت شیمی و پتروشیمی صنعتی بوده که در آن مواد خام شامل نفت، گاز، مواد معدنی و فلزات را تحت پروسه های خاصی به بیش از هفتاد هزار فرآورده متنوع تبدیل می کند.

تقسیم بندی صنایع و مواد شیمیایی

1. پلیمرها (فرآورده های اولیه و پایه)
2. مواد شیمیایی زیست پایه و زیست شناختی (محصولات شیمیایی، داروها و ویتامین ها و مواد تولید حشره‌کش ها)
3. مواد شیمیایی پرمصرف (مانند مواد تولید محصولات شوینده بهداشتی)
4. مواد شیمیایی صنعتی و خاص قابل اشتعال (مانند مواد اکسید کننده و گازهای صنعتی، کاتالیزورها و ماد شیمیایی الکترونیکی)

به طور تقریبی 80 درصد فرآورده های صنایع شیمیایی شامل پلیمرها و پلاستیک می شود. فرآورده های شیمیایی در تولید کالاها و محصولات مختلفی بکار گرفته می شوند.

اکثر صنایع موجود مانند پالایش نفت و گاز، صنعت لاستیک و پلاستیک، پوشاک ، منسوجات و غیره مشتری فرآورده های پتروشیمی هستند.

تجهیزات مورد استفاده در صنعت پتروشیمی

تجهیزات مورد استفاده در صنعت پتروشیمی که تجهیزات فرآیند نیز نامیده می شوند شامل دستگاه های مختلفی می شوند.

کاربرد تجهیزات فرآیند به کار برده شده در صنعت پتروشیمی شامل:

1. ذخیره سازی
2. کنترل جریان
3. نگهداری واکنش شیمیایی و دیگر کاربردها می شود.

تجهیزات کوچکتر که برای پردازش و اختلاط مایعات به کار برده می شوند شامل:

1. الکتروموتور و گیربکس
2. توربین
3. پمپ سانتریفیوژ، دوزینگ پمپ، پمپ دیافراگمی و لوب پمپ
4. کمپرسور

تجهیزات مهم و اصلی که در صنعت پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:

1. توربین (Turbine)
2. دستگاه های سانتریفیوژ (Centrifugal Machines)
3. مبدل حرارتی (Heat Exchangers)
4. برج های تقطیر و جداسازی (Distillation Tower)
5. دیگ بخار و بویلرها (Boilers)
6. راکتورهای شیمیایی (Chemical Reactor Vessel)
7. دستگاه های میکسر (Mixing Tank with Agitator)
8. مخازن ذخیره مواد شیمیایی (Chemical Storage Tank)

برای بارهای کمتر از 150 اسب بخار یا بیشتر، الکتروموتورها تقریباً همیشه انتخاب می شوند. معیارهای متعددی برای این امر قابل اجرا است.

به عنوان مثال، هنگامی که یک پمپ و یدکی آن در فرآیند تولید وجود دارد، برای انعطاف پذیری یکی از آن ها ممکن است توسط الکتروموتور و دیگری توسط توربین به حرکت درآید.

سانتریفیوژها و دمنده های محوری و کمپرسورها توسط توربین ها به حرکت در می آیند زیرا سرعت های عملیاتی بالای 4000-10000 دور در دقیقه به راحتی قابل دستیابی است در حالی که الکتروموتورها باید از طریق دنده افزایش سرعت با هزینه اضافی کار کنند.

در شرایطی که سوخت نسبتاً ارزان یا در دسترس باشد، توربین های گازی و موتورهای احتراق داخلی نیروی محرکه ترجیحی هستند. توربین ها، موتورهای احتراق داخلی و موتورهای جریان مستقیم ( الکتروموتور DC ) قادر به تنظیم مداوم سرعت در محدوده وسیعی هستند.

همانطور که در این جدول نشان داده شده است، بازده انرژی با توجه به اندازه و نوع نیروی محرکه بسیار متفاوت است.

توربین

توربین های گازی معمولاً به عنوان انتقال دهنده نیرو (رانش گر) در پمپ های بزرگ، کمپرسورها و ژنراتور انتخاب می‌شوند. آن ها در محدوده 1000 تا 270000 اسب بخار انتخاب می شوند.

راندمان آن ها را می توان با استفاده از واحدهای بازیابی گرمای اتلاف شده بهبود بخشید. توربین‌هایی با توان های کمتر از محدوده قبلی ذکر شده برای رانش پمپ‌های نفت خام و کمپرسورهای بازیابی بخار در جایی که نیروی الکتریکی در دسترس نیست، استفاده می شوند.

در سکوهای دریایی، توربین های گازی عموماً ژنراتورهای اصلی تولید کننده برق را در محدوده 1000 تا 45000 اسب بخار به حرکت در می آورند.

واحدهای بازیابی گرمای اتلاف شده هر زمان که بتوان از گرما برای سیالات فرآیندی استفاده کرد مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع توربین گازی

توربین های گازی مورد استفاده در صنایع بالادستی و پایین دستی پتروشیمی به چهار نوع اساسی تقسیم می‌شوند:

1. توربین های گازی صنعتی
2. توربین های گازی مشتق شده از موتورهای هوایی
3. توربین های گازی صنعتی کوچک
4. توربین های گازی هیبریدی

دستگاه های سانتریفیوژ

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جداسازی سیال/ذره استفاده می شود. سانتریفیوژها متکی بر استفاده از نیروی گریز از مرکز هستند که چند صد یا هزار برابر گرانش زمین نیرو ایجاد می کنند.

قانون فیزیک حاکم بر جداساز گریز از مرکز به عنوان قانون استوکس شناخته می شود. سانتریفیوژهای صنعتی برای جداسازی جامدات از مایعات، جداسازی مایع-مایع و جداسازی مایع-مایع-جامد استفاده می شوند.

انواع سانتریفیوژ های صنعتی

سانتریفیوژهای صنعتی را می توان به دو نوع اصلی طبقه بندی کرد:

1. سانتریفیوژهای رسوبی
2. فیلترینگ

سانتریفیوژهای رسوبی

از نیروی گریز از مرکز برای جداسازی جامدات از مایعات و همچنین دو مایع با وزن مخصوص متفاوت استفاده می کنند.

سانتریفیوژهای رسوبی شامل دکانتر، دیسک استک، سبد جامد و سانتریفیوژهای کاسه لوله ای هستند. سانتریفیوژهای فیلتر از نیروی گریز از مرکز برای عبور مایع از یک تجهیز فیلتراسیون مانند صفحه یا پارچه استفاده می کنند به طوری که مواد جامد توسط فیلتر جذب می شوند.

سانتریفیوژهای فیلتر

عمدتاً با سانتریفیوژهای سبد سوراخ دار، فشار دهنده و لایه بردار سروکار دارند.

کاربرد سانتریفیوژ های فیلتر

این سانتریفیوژها در طیف گسترده ای از صنایع فرآیندی مانند صنایع زیر استفاده می شوند:

• فرآوری شیمیایی که محصولات خام مانند اسیدها، نمک ها، فرآورده های فرعی پالایشگاه نفت، پلیمرها، روغن- آب- جامدات و غیره را تولید می کند.
• صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی که دارو، واکسن، دارو، پنی سیلین، میسلیوم، باکتری E-coli، جلبک، ضایعات آنزیمی و غیره تولید می کنند.
• صنعت سوخت و سوخت زیستی شامل سوخت های مصنوعی، بیودیزل، اتانول، اتانول سلولزی، آبگیری زیست توده جلبک. سوخت و روغن روان کننده و غیره
• فرآوری مواد غذایی که با تصفیه روغن های گیاهی، لبنیات (شیر، پنیر و غیره) سروکار دارد. مرغ، و گوشت گاو; جداسازی روغن زرد، سفید و قهوه ای؛ آب میوه و سبزیجات
•  استخراج معادن و فرآوری مواد معدنی از جمله زغال سنگ، ماسه های قیر، مس، فلزات گرانبها، کربنات کلسیم، خاک کائولن و بسیاری موارد دیگر

چه الکتروموتورهایی در سانتریفیوژها استفاده می شوند؟

به طور کلی، الکتروموتورهای سانتریفیوژ، الکتروموتورهای DC سری با گشتاور بالا هستند که با افزایش ولتاژ، دور آنها افزایش می یابد. شفت روتور مستقیماً یا از طریق یک ژیروسکوپ هدایت می شود، اگرچه گاهی اوقات از یک سیستم قرقره (پولی) استفاده می شود.

مبدل های حرارتی

مبدل حرارتی دستگاهی است که فرآیند تبادل حرارت بین دو سیال را که در دماهای متفاوت هستند تسهیل می کند.

مبدل‌ های حرارتی در بسیاری از کاربردهای مهندسی مانند سیستم‌ های تبرید (خنک سازی)، گرمایش و تهویه مطبوع، نیروگاه‌ ها، سیستم‌ های فرآوری شیمیایی، سیستم‌ های فرآوری مواد غذایی، رادیاتورهای خودرو و واحدهای بازیابی حرارت از دست رفته استفاده می‌شوند.

پیش گرم کن های هوا، اکونومایزرها (پیش گرم کن ها)، تبخیر کننده ها، سوپرهیترها، کندانسورها و برج های خنک کننده مورد استفاده در نیروگاه چند نمونه از مبدل‌های حرارتی هستند. مبدل های حرارتی عناصر حیاتی در هر مجموعه فرآیندی هستند.

در حالی که اکثر مبدل ها از نوع پوسته و لوله هستند، چندین نوع مهم دیگر نیز وجود دارد. مدل های عمده تجهیزات انتقال حرارت عبارتند از:

1. پوسته و لوله
2. لوله پره دار
3. لوله بدون پره
4. صفحه و قاب
5. مارپیچ
6. سیم پیچ صفحه

برج های تقطیر و جداسازی

تقطیر یکی از مهم ترین و پرکاربرد ترین روش های جداسازی بوده و مبتنی بر توزیع اجزا بین دو فاز مایع و گاز است. در واقع تقطیر به دلیل اختلاف نقطه جوش یکی از رایج ترین روش های جداسازی مواد از یکدیگر است. تقطیر یک فرآیند فیزیکی برای جداسازی مواد با دمای جوش است.

به طور کلی برج تقطیر از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است:

1. برج
2. کمک گرمکن ( Reboiler)
3. کندانسور
4. تجهیزات کمکی شامل: انواع سیستم های کنترل، مبدل های حرارتی میانی، پمپ ها و مخازن جمع آوری محصولات می باشد.

برج های مورد استفاده در صنعت برای تقطیر به دو دسته اساسی تقسیم می شوند :

1. برج های سینی دار
2. برج های پرشده

برج های سینی دار بر اساس انواع سینی های به کار رفته در آن به 4 دسته تقسیم می شوند :

1. برج های سینی دار فورانی
2. برج های سینی غربالی
3. برج های سینی دار فنجانی
4. برج های سینی دار دریچه ای

محصولات تولید شده توسط برج های تقطیر عبارتند از گاز مایع، گازوئیل، نفتا، نفت سفید، نفت کوره، روغن نفت خام، واکس پارافین، آسفالت و قیر، کک نفتی و گوگرد می باشد.

دیگ بخار و بویلرها

بویلر تجهیزی بوده که به عنوان یک مخزن بسته عمل می کند تا آب داخل آن را به بخار تبدیل کند. برای اینکه این اتفاق بیفتد انرژی شیمیایی ناشی از یک منبع سوخت مانند نفت یا گاز با احتراق به گرما تبدیل می شود. سپس گرما به آب موجود منتقل شده و در نتیجه فشار افزایش یافته و در نهایت مایع به بخار تبدیل می شود.

بویلرها یکی از اصلی ترین تجهیزات یک پالایشگاه یا کارخانجات فرآوری مواد شیمیایی هستند. آنها به معنای واقعی کلمه تجهیزی هستند که پالایشگاه ها یا کارخانجات را راه اندازی می کنند.

بیشتر بویلرهای صنعتی به دو دسته از انواع بویلرها تقسیم می شوند:

1. بویلرهای لوله آتش
2. بویلرهای لوله آب

در دیگ های فایر تیوب، گاز داغ از یک یا چند لوله عبور می کند که از طریق رسانش حرارتی، آب اطراف آنها را گرم می کند.

در دیگ های لوله آب، آب در داخل لوله ها به گردش در می آید و توسط گازهای داغ تولید شده توسط کوره از بیرون گرم می شود.

راکتورهای شیمیایی

در مهندسی شیمی، راکتورهای شیمیایی مخزن هایی (مخازن مایع) هستند که برای انجام واکنش‌های شیمیایی درون آنها طراحی شده‌اند. واکنش های شیمیایی در داخل مخزنی انجام می شود که ما از آن به عنوان مخزن واکنش یاد می کنیم.

این مخازن معمولاً دارای پوشش هستند، به این معنی که نوعی مخزن شیشه ای در اطراف مخزن اصلی وجود دارد که در آن روغن، آب یا مایع دیگری از طریق آن پمپ می شود تا مخزن واکنش خنک شود.

راکتورهای شیمیایی از نظر شکل و نحوه عملکرد بسیار متفاوت هستند. در نتیجه، روش های مختلفی برای طبقه‌بندی آنها وجود دارد. طبقه بندی اول بر اساس تعداد فازهای واکنش درگیر است.

1. راکتورهای همگن، که در آن یک فاز مانند مایع یا گاز در راکتور وجود دارد.
2. راکتورهای ناهمگن، که در آن دو یا سه فاز مجزا در راکتور وجود دارند.

انواع راکتور

طبقه بندی بیشتر راکتورهای همگن و ناهمگن بر اساس ماهیت فازهای واکنش درگیر است:

1. راکتورهای همگن
2. راکتورهای فاز مایع
3. راکتورهای فاز گازی
4. راکتورهای ناهمگن
5. راکتورهای مایع – جامد (L-S)
6. راکتورهای گاز – جامد (G-S)
7. راکتورهای گاز مایع (L-G)
8. راکتورهای مایع-گاز-جامد (L-G-S)

در راکتورهای شیمیایی بنا به ظرفیت مخزن و شرایط کاری از الکتروموتورهای معمولی از توان 1.1 کیلووات به بالا و همچنین در صورت لزوم از الکتروموتور ضد انفجار استفاده می شود.

الکتروموتورها دارای اینورتر هستند، سرعت متغیر و تمام ابعاد با در نظر گرفتن هرگونه محدودیت، دقیقاً متناسب با مخزن طراحی می شوند.

دستگاه های میکسر

میکسرها برای مخلوط کردن مایعات، گازها و جامدات در افزودن مواد شیمیایی یا مواد دارویی استفاده می شود. میکسرها انرژی را از طریق ابزار مکانیکی با چرخاندن شفتی که روی آن یک پروانه به طور خاص برای انجام عمل مخلوط کردن طراحی شده است، منتقل می کند.

هدف میکسر فراهم کردن اختلاط خوب است تا دمای آب در داخل مخزن یکنواخت باشد، یعنی دما از قسمتی به قسمت دیگر در داخل مخزن تغییر نکند.

انواع میکسر

انواع میکسرها عبارتند از:

1. میکسر توربینی
2. میکسر پره ای
3. میکسر لنگری
4. میکسر پروانه ای
5. میکسر مخروطی

درایو میکسر صنعتی معمولاً از یک الکتروموتور با توان مناسب و یک گیربکس با ظرفیت گشتاور مناسب تشکیل شده است.

الکتروموتور

الکتروموتور میکسر باید به گونه ای باشد تا توان مورد نیاز را برآورده کند. اکثر میکسر ها با موتورهای الکتریکی عرضه می شوند، اما در کاربردهای کوچکتر از موتورهای هیدرولیکی نیز استفاده می شود.

گیربکس

گیربکس های مختلفی می توانند با الکتروموتورها کوپل شده و کار کند، اما ترجیح داده می شود گیربکسی انتخاب شود که دور آن برابر با دور مورد نیاز برای چرخش شفت میکسر باشد.

در یک شفت با سرعت کم، باید از یاتاقان‌ های سنگین برای مقابله با افزایش تنش و بارهای اضافه استفاده شود.

مخازن ذخیره مواد شیمیایی

این مخازن به گونه ای طراحی شده‌اند که می توان از آن برای ذخیره سازی، مخلوط کردن، پردازش یا حمل و نقل مواد شیمیایی استفاده کرد.

این نوع مخازن در کارخانه های تولیدی، حمل و نقل، خدمات خودرو، و شرکت‌ های داروسازی به کار گرفته می شوند. از آنها در ذخیره پروپان، گاز طبیعی مایع، کودهای شیمیایی، فرآورده های نفتی، نفت خام و سایر مواد شیمیایی استفاده می کنند.

طراحی آن در شکل ها و اندازه های مختلف است. ساخت این مخزن در درجه اول به نوع ماده شیمیایی که قرار است حاوی آن باشد اختصاص می یابد.

این به این دلیل است که مواد شیمیایی مختلف پتانسیل خوردگی متفاوتی با مواد خاص دارند. وجود این نوع مخازن ضروری می باشند، به خصوص در مواردی که مواد شیمیایی مورد استفاده خطرناک و مضر هستند.

مواد متنوعی برای ساخت این مخازن با توجه به نیاز آنها استفاده می شود. این مواد عبارتند از:

• پلاستیک – ترجیحاً پلی اتیلن با چگالی بالا
• فولاد کربن
• فولاد ضد زنگ
• کامپوزیت – فولاد گالوانیزه و پلاستیک

انواع مخازن ذخیره مواد شیمیایی موجود عبارتند از:

1. مخازن استیل ضد زنگ
2. مخازن فایبرگلاس (FRP)
3. مخازن پلی اتیلن