در انتخاب مواد برای برج‌های نیروگاه شیمیایی، دانستن اینکه چه مواد شیمیایی حضور خواهند داشت، کاملاً ضروری است. فرمالدئید را به عنوان مثال در نظر بگیرید؛ این ماده بسیار خورنده است و خواص خورنده قوی دارد. بسیاری از اپراتورهای نیروگاه شاهد این هستند که چگونه این ماده شیمیایی به مرور زمان سطوح فلزی را تخریب کرده و به آسیب جدی و در نهایت خرابی تجهیزات منجر می‌شود. به همین دلیل برج‌هایی که با فرمالدئید سروکار دارند به موادی نیاز دارند که بتوانند در برابر خوردگی مقاومت بیشتری نسبت به گزینه‌های متداول از خود نشان دهند. آلیاژهای فولاد زنگ نزن و برخی ترکیبات پلیمری تمایل دارند در این شرایط به خوبی عمل کنند، هرچند در انتخاب نهایی برای کاربردهای صنعتی معمولاً ملاحظات هزینه نیز نقش دارند.
اتیلن گلایکول در انتخاب مواد، مجموعه مشکلات خاص خود را به همراه دارد زیرا رفتار آن با سایر مواد تفاوت دارد. چیزی که این ترکیب را جالب می‌کند این است که در واقع می‌تواند در برابر دماهای بسیار بالاتری از بسیاری از رقبا مقاومت کند، بنابراین در سیستم‌هایی که تغییرات فازی مکرر در آنها رخ می‌دهد، به خوبی کار می‌کند. هنگام انتخاب مواد برای استفاده با اتیلن گلایکول، مهندسان باید موادی را انتخاب کنند که تحت تنش حرارتی از هم نپاشند و همچنین در طول زمان واکنش بدی با این ماده شیمیایی نشان ندهند. بررسی آنچه بین اتیلن گلایکول و مواد مختلف ساختمانی اتفاق می‌افتد، نشان می‌دهد چرا انتخاب خاص مواد در برج‌هایی که برای کار با این نوع سیال طراحی شده‌اند، اهمیت بسزایی دارد. برخی از مواد به سادگی دوام لازم را ندارند یا پس از قرار گرفتن مکرر در معرض این ماده دچار خرابی می‌شوند.
در کارخانه‌های فرآوری شیمیایی، پلی‌پروپیلن به یک ماده‌ی اصلی برای مبارزه با خوردگی تبدیل شده است جایی که فلزات سنتی دیگر مقاومت نمی‌کنند. این ماده در برابر انواع واکنش‌های شیمیایی و محیط‌های سخت مقاوم است که به راحتی فولاد یا سایر فلزات را از بین می‌برند. به همین دلیل است که امروزه بسیاری از مهندسان به پلی‌پروپیلن برای قطعات برج‌ها روی آورده‌اند. آنچه واقعاً اهمیت دارد این است که تجهیزات چقدر طول می‌کشند تا جایگزینی شوند. قطعات پلی‌پروپیلنی معمولاً بسیار طولانی‌تر از قطعات فلزی دوام می‌آورند و در شرایط سخت نیز به ندرت از کار می‌افتند که این امر در بلندمدت باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های نگهداری و توقف تولید می‌شود.
مواد پلیمری به شکل‌های مختلفی آمده‌اند که از تجزیه شیمیایی مقاومت می‌کنند، موضوعی که زمان کار با مواد خورنده اهمیت زیادی دارد. سازندگان این پلاستیک‌ها را به گونه‌ای طراحی می‌کنند که بتوانند در معرض تماس با انواع مواد شیمیایی قرار بگیرند و این امر آنها را نسبت به مواد قدیمی‌تر که تمایل به تخریب سریع‌تر دارند، برتر می‌سازد. آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهند که این پلیمرها در شرایط شیمیایی سخت در مقایسه با فلزات یا سایر گزینه‌های سنتی، دوام بیشتری داشته و کمتر دچار تخریب می‌شوند. برای هر کسی که از کارخانه‌های شیمیایی مدیریت می‌کند، بررسی گزینه‌هایی مثل پلی‌پروپیلن امری معقولانه است تا بتوانند با مشکلات مزمن خوردگی که به تجهیزات و زیرساخت‌ها آسیب می‌زند، به خوبی مقابله کنند.
در تولید اتیلن، انتخاب مواد بسیار مقاوم امری بسیار مهم است زیرا این مواد در حین فرآیند با دمای بسیار بالا و مواد شیمیایی قوی مواجه می‌شوند. موادی که در اینجا مطرح هستند به طور مداوم در معرض خود اتیلن و همچنین ترکیبات مختلف دیگری قرار دارند که همراهی‌کننده این فرآیند هستند. این مواد برای تجهیزات بسیار خورنده بوده و به تدریج مواد ضعیف‌تر را تخریب می‌کنند تا جایی که دیگر شروع به از کار افتادن می‌کنند. به همین دلیل انتخاب درست مواد برای بهره‌برداران نیروگاه بسیار حیاتی است. آنها به قطعاتی نیاز دارند که پس از چند ماه کارکرد دچار خرابی نشوند، در حالی که همه چیز اطراف آنها در پی تخریب یا ذوب کردن آنها به سر می‌برد.
حرفه‌ای‌های صنعت متوجه یک تغییر به سمت موادی شده‌اند که در کاربردهای پردازش اتیلن بهتر عمل می‌کنند. چه چیزی این مواد را خاص می‌کند؟ این مواد در شرایط سخت به سرعت از بین نمی‌روند و این بدان معنی است که کارخانه‌های شیمیایی بدون وقفه بیشتری کار می‌کنند و توقف‌های کمتری را تجربه می‌کنند. وقتی شرکت‌ها با مهندسان با تجربه همکاری می‌کنند و انتخاب مواد خود را با نیازهای واقعی فرآیند تطبیق می‌دهند، همه چیز را به‌صورت مطمئن از روزی به روز دیگر حفظ می‌کنند. درست عمل کردن در این زمینه فقط مسئله انتخاب یک گزینه از کاتالوگ نیست، بلکه مسئله انجام سرمایه‌گذاری‌های هوشمندانه است که در طول سال‌ها بهره‌برداری به جای ماه‌ها سودآوری می‌کند.
طراحی قطعات داخلی برج‌ها مهندسان را ملزم می‌کند تا به‌صورت جدی درباره شرایط دمایی و فشاری که این قطعات در طول زمان با آن روبه‌رو خواهند شد فکر کنند. دقت در این موارد نقش بسیار مهمی در ادامه‌دار بودن عملیات به‌صورت ایمن و کارآمد در طول سال‌ها ایفا می‌کند. انتخاب مواد به‌عنوان یک مثال برجسته می‌تواند نشان دهد که چرا فولاد ضدزنگ و هستلویی (Hastelloy) به‌عنوان گزینه‌های محبوب انتخاب می‌شوند، چرا که این مواد در برابر نوسانات دمایی مقاومت خوبی دارند و استحکام ساختاری خود را در فشارهای شدیدی که معمولاً در واحدهای فرآورش شیمیایی یافت می‌شود حفظ می‌کنند. داده‌های صنعتی نشان می‌دهند که زمانی که مواد بتوانند در برابر دماهای بسیار بالا یا پایین مقاومت کنند، خرابی تجهیزات حدود ۳۰٪ کاهش می‌یابد. این میزان کاهش در میزان خرابی‌ها تفاوت بسیار زیادی در قابلیت اطمینان کارخانه ایجاد می‌کند و این است که مهندسان با تجربه قبل از نهایی کردن طراحی برج‌هایی که باید در شرایط محیطی متغیر به‌صورت مداوم عملکرد داشته باشند، زمان زیادی را صرف ارزیابی گزینه‌های مختلف مواد می‌کنند.
در صنایع پلیمری، انتخاب درست از تجهیزات داخلی برج‌ها تفاوت بزرگی در انجام فرآیندهای پلیمریزاسیون کارآمد ایجاد می‌کند. در نهایت، این فرآیندها کنترل دقیق دما، فشار و سایر عوامل محیطی را می‌طلبد تا به خوبی عمل کنند. بسیاری از کارخانه‌ها اکنون از تجهیزات داخلی قابل تنظیم همراه با نازل‌های با کاربرد خاص استفاده می‌کنند که واقعاً فرآیند تشکیل و بازیابی پلیمرها از سیستم را بهبود می‌بخشد. داده‌های موجود در صنعت نشان می‌دهد که برج‌های سفارشی شده بهتر از تجهیزات استاندارد عمل می‌کنند زیرا شرایط واکنش بهتری را درون برج ایجاد می‌کنند. نتیجه چیست؟ افزایش بازده تولید با هدررفت کمتر از مواد اولیه. این موضوع در بازار امروزی اهمیت زیادی دارد که شرکت‌ها باید بین سودآوری و مسائل زیست‌محیطی تعادل برقرار کنند. بیشتر تولیدکنندگان در می‌یابند که سرمایه‌گذاری در طراحی مناسب برج‌ها در بلندمدت از نظر مالی و زیست‌محیطی هر دو به صرفه است.
در کار با مواد شیمیایی فرار و پیچیده، توجه به دینامیک جریان بسیار مهم است، چون به طور مستقیم بهره‌وری فرآیندها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. تجهیزات داخل راکتور که کنترل می‌کنند سرعت حرکت مواد، مدت زمان ماند آنها و همچنین کیفیت جداسازی، تفاوت اساسی در محصول نهایی ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال، سینی‌ها و دیواره‌های خاصی که مایعات را بهتر هدایت و جداسازی می‌کنند، باعث می‌شوند جریان به‌صورت یکنواخت‌تری حرکت کند و نرخ تولید در سطح مطلوب حفظ شود. مطالعات نشان داده‌اند که بهبودهای طراحی این چنینی می‌توانند در بسیاری از موارد خروجی را تا حدود 25 درصد افزایش دهند. این رقم نشان می‌دهد که توجه به الگوهای جریان چقدر می‌تواند به بهبود کلی فرآیندها کمک کند.
در نگاهی به سیستم‌های مختلف برج‌های شیمیایی، مقایسه سیستم‌های تری (tray) با ستون‌های پرکننده از نظر کارایی انجام فرآیند امری قابل توجه است. سیستم‌های تری در واقع از چندین صفحه سوراخ‌دار که روی هم قرار گرفته‌اند تشکیل شده‌اند. این سیستم‌ها به خوبی موجب تعامل مناسب بین فازهای مختلف در حین انتقال جرم می‌شوند و این امر به جدایش بهتر مواد کمک می‌کند. از سوی دیگر، ستون‌های پرکننده به جای صفحات، از مواد پرکننده مختلفی درون خود استفاده می‌کنند تا تماس نزدیک‌تر مایعات را فراهم کنند. بسیاری از واحدهای صنعتی این سیستم‌ها را به دلیل کمتر بودن نیاز به انرژی عملیاتی، اقتصادی‌تر می‌دانند. ارقام واقعی عملکرد مانند اثربخشی انتقال جرم بین این دو گزینه تفاوت قابل توجهی دارد. به طور کلی، سیستم‌های تری در شرایطی که دبی‌های بالاتری وجود دارد عملکرد بهتری دارند، اما معایبی نیز دارند. در برخی موارد ستون‌های پرکننده بهتر عمل می‌کنند زیرا نگهداری آنها آسان‌تر و نیاز به تعویض قطعات کمتری دارند. بیشتر دستورالعمل‌های صنعتی به این نکته اشاره دارند که ستون‌های پرکننده در عملیات گسترده‌تر و جاهایی که افت فشار قابل توجهی در عملیات روزانه ایجاد می‌کند، ارجحیت دارند.
حذف‌کننده‌های مِست اجزای ضروری در سیستم‌های بازیابی گلیسول اتیلنی درون برج‌های فرآیند شیمیایی هستند و به کاهش انتشارات مضر و افزایش عملکرد کلی سیستم کمک می‌کنند. عملکرد اصلی این دستگاه‌ها، جمع‌آوری قطرات بسیار ریز از جریان‌های بخار است که این امر بازیابی گلیسول اتیلنی را ممکن می‌سازد؛ ماده‌ای شیمیایی حیاتی که در بسیاری از بخش‌های صنعتی استفاده می‌شود. طراحی‌های جدید حذف‌کننده‌های مِست در طی زمان تکامل یافته‌اند تا بتوانند در شرایط بهره‌برداری مختلف عمل کنند و این امر باعث شده‌اند که این دستگاه‌ها از کارایی بالاتری برخوردار باشند و نسبت به مدل‌های قدیمی نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری داشته باشند. به عنوان مثال، واحدهای پلی‌پروپیلنی با کارایی بالا، انعطاف‌پذیری بهتری در شرایط متغیر دارند و در طول زمان در برابر خوردگی و تنش‌های مکانیکی مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. داده‌های صنعتی نشان می‌دهند که واحدهایی که به فناوری جدید حذف مِست منتقل می‌شوند، معمولاً کاهش انتشاراتی در حدود ۳۰ درصد یا بیشتر را تجربه می‌کنند و همچنین افزایش بازده گلیسول اتیلنی که به صرفه‌جویی واقعی در هزینه‌ها برای بهره‌برداران کارخانه منجر می‌شود.
نحوه طراحی دیسک‌های پخش‌کننده، تفاوت ایجادکننده است، به‌ویژه وقتی که قرار است بیشترین راندمان جذب فرمالدئیدی در برج‌های شیمیایی به دست بیاید. سیستم‌های خوب پخش‌کننده، مواد را به‌صورت یکنواخت پخش می‌کنند و از مشکلاتی مثل کانال‌زدگی یا سیل‌گیری جلوگیری می‌کنند که ممکن است کل فرآیند را به هم بزند. عواملی مثل سوراخ‌های موجود در صفحات، دیواره‌های خاص و مسیرهای جریان سفارشی، کمک می‌کنند تا فرمالدئید به‌خوبی در سراسر ماده جاذب پخش شود و درنتیجه واکنش‌های بهتری در زمان کوتاه‌تر رخ دهد. بررسی تنظیمات مختلف دیسک‌های پخش‌کننده، افزایش واقعی در میزان جذب فرمالدئید را نشان می‌دهد و اهمیت مهندسی سفارشی را برجسته می‌کند. یکی از مقالات اخیر در Chemical Engineering Progress نشان داده است که طراحی‌های پیچیده‌تر دیسک‌های پخش‌کننده در عملکرد بهتری نسبت به طراحی‌های پایه‌ای منجر می‌شوند و این امر به اپراتورها کمک می‌کند تا با بهبود کارایی کارخانه، هزینه‌های گزافی را برای تجهیزات نکنند.
وقتی گرفتگی در برج‌های پلی‌پروپیلن رخ می‌دهد، به طور جدی باعث کاهش کارایی عملیات می‌شود و منجر به توقف‌های بیشتر و هزینه‌های نگهداری بالاتر در تمامی بخش‌ها می‌گردد. مشکل اصلی از تجمع انواع مواد مختلف درون این سیستم‌ها ایجاد می‌شود - چیزی شبیه به گرد و غبار، رسوبات، یا حتی رشد بیولوژیکی - که باعث گرفتگی لوله‌ها شده و بر جریان سیال و قابلیت‌های تبادل حرارتی آنها اثر منفی می‌گذارد. متخصصان صنعتی دریافته‌اند که راه‌هایی برای مقابله با این مشکل قبل از بروز آن وجود دارد. استفاده از پوشش‌های ویژه برای سطوح می‌تواند به جلوگیری از چسبیدن ذرات ناخواسته کمک کند و همچنین برنامه‌ریزی برای انجام دوره‌های منظم تمیزکاری می‌تواند اطمینان حاصل کند که هیچ چیزی بین بازرسی‌ها به مقدار زیادی تجمع نمی‌یابد. با بررسی داده‌های واقعی از کارخانه‌های پردازش شیمیایی، شرکت‌هایی که استراتژی‌های مناسبی برای کنترل گرفتگی اجرا می‌کنند، اغلب شاهد کاهش 30% در زمان توقف خواهند بود. این سطح از بهبود به معنای افزایش بهره‌وری و رضایت بیشتر مدیران کارخانه از دیدن توقف‌های غیرمنتظره کمتر است.
بررسی میزان انرژی مصرفی سیستم‌های مبتنی بر پلیمر نشان می‌دهد که این سیستم‌ها از نظر مصرف انرژی با مواد قدیمی‌تری که در کاربردهای مشابه استفاده می‌شدند تفاوت‌های قابل توجهی دارند. نکته اصلی این است که پلیمرها به طور کلی گرما را کمتر از فلزات هدایت می‌کنند و همچنین سبک‌تر هستند، بنابراین برای کارکرد مناسب نیاز به انرژی کمتری دارند. برای واحدهای فرآورش شیمیایی، این موضوع به معنای کاهش قابل توجهی در هزینه‌های عملیاتی در طول زمان است. برخی از مطالعات اخیر در بخش‌های مختلف تولید نشان می‌دهند که با استفاده از اجزای پلیمری حدوداً ۲۰٪ انرژی کمتری مصرف می‌شود. چنین صرفه‌جویی‌هایی می‌تواند برای مدیران کارخانه‌ها در رسیدن به اهداف زیست‌محیطی و همچنین کنترل بودجه بسیار مؤثر باشد.
نگاه کردن به مواد سازگار با اتیلن نیاز به فکر کردن فراتر از فقط قیمت های اولیه دارد. برخی از مواد جدید در ابتدا با قیمت های بالاتر عرضه می شوند، اما مردم باید در مورد آنچه در طول راه اتفاق می افتد در مورد تعمیر یا جایگزینی آنها در آینده فکر کنند. گزینه های پایدار تمایل دارند که بین تعویض ها طولانی تر باشند که هر دو به میزان نیاز به تعویض و هزینه هر تعویض در واقع کاهش می یابد. گزارش های صنعت نشان می دهد که شرکت ها در انتخاب مواد سخت تر از ابتدا حدود ۱۵ درصد در طول عمر تجهیزات خود صرفه جویی می کنند. درک این تصویر کامل به شرکت ها اجازه می دهد هنگام سرمایه گذاری در مواد برای عملیات خود، انتخاب های هوشمندانه تری انجام دهند.
استفاده از مواد پلیمری قابل بازیافت درونی، برای روش‌های تولید پایدار بسیار مهم می‌شود، چرا که این مواد به خوبی با ایده‌های اقتصاد دایره‌وار مطابقت دارند. وقتی شرکت‌ها به جای تولید مداوم مواد جدید از این مواد استفاده مجدد می‌کنند، مصرف منابع و سطح آلودگی را کاهش می‌دهند. به عنوان مثال، یک واحد شیمیایی در آلمان سال گذشته به استفاده از قطعات پلی‌پروپیلنی بازیافتی تغییر داد. دفعات زباله‌های این کارخانه حدود 30 درصد کاهش یافت و همچنین هزینه‌های ماهانه مواد اولیه هزاران واحد پولی صرفه‌جویی شد. با توجه به داده‌های موجود در صنعت، برخی از پلاستیک‌های رایج مانند پلی‌پروپیلن و PET در بیش از نیمی از موارد بازیافت می‌شوند، که دلیل این امر انتخاب این مواد توسط تولیدکنندگان برای سیستم‌های حلقه بسته است. استفاده از این دست مواد به کسب‌وکارها کمک می‌کند تا هم ردپای زیست‌محیطی خود را کاهش دهند و هم هزینه‌های عملیاتی را پایین بیاورند. بیشتر مدیران کارخانه‌هایی که با آنها صحبت کرده‌ام می‌گویند سرمایه‌گذاری اولیه تنها در چند ماه اول بهره‌برداری جبران می‌شود.
کنترل انتشارات در فرآیند مشتقات اتیلن برای رعایت محدودیت‌های قانونی و مسئولیت‌پذیری محیط زیستی اهمیت زیادی دارد. واحدهای صنعتی معمولاً تجهیزاتی مانند دستگاه‌های شست‌و‌شوی گاز و مبدل‌های کاتالیزوری نصب می‌کنند تا از انتشار مواد مضر کاسته شود. مقرراتی که توسط سازمان‌هایی مانند EPA وضع می‌شوند، سیستم‌های قوی‌ای را برای کاهش سطح آلودگی الزامی می‌دانند و این امر توضیح می‌دهد چرا بسیاری از واحدها تجهیزات خود را به‌روز می‌کنند. بر اساس برخی تحقیقات اخیر منتشر شده در نشریات علم محیط زیست، مشخص شده است که کارخانه‌های شیمیایی پس از نصب فناوری‌های جدید کنترل انتشار، حدوداً 25 درصد کاهش در ترکیبات آلی فرار داشته‌اند. برای شرکت‌هایی که به فعالیت‌های بلندمدت فکر می‌کنند، سرمایه‌گذاری روی کنترل بهتر انتشارها، منافع متعددی را فراتر از تنها رعایت گزارش‌های هماهنگی به همراه می‌آورد. هوا پاک‌تر به معنای سلامت بهتر کارکنان و جوامع محلی نیز می‌باشد.
دستورالعمل‌های ایمنی فرمالدئید در کارخانه‌های شیمیایی فقط گزینه‌ای دلخواه نیستند، بلکه در صورت تمایل به جلوگیری از حوادث و نگه داشتن چرخه‌های کاری به‌خوبی، کاملاً ضروری هستند. بیشتر این دستورالعمل‌ها مستقیماً از سازمان‌های نظارتی مانند OSHA آمده‌اند و مشخص می‌کنند که چه نوع تجهیزاتی باید استفاده شود و کارگران باید با این ماده سمی چگونه رفتار کنند. وقتی شرکت‌ها از این قوانین چشم‌پوشی می‌کنند، اتفاقات بدی به سرعت رخ می‌دهد: جریمه‌های مالی شروع به آمدن می‌کنند و افراد در معرض سطوح خطرناک فرمالدئید قرار می‌گیرند. کارخانه‌هایی که دستورالعمل‌های ایمنی را به‌درستی دنبال می‌کنند، معمولاً حفاظت بهتری برای فعالیت‌های خود و کارکنانشان فراهم می‌کنند. متخصصان صنعت به خوبی می‌دانند که رعایت این مقررات فقط یک کار صوری برای گذرونده از بازرسان نیست، بلکه در واقع ساختن محیط‌هایی است که کارمندان در آن روز به روز احساس ایمنی کنند. رعایت خوب اصول ایمنی، باور به اعتبار کلی صنعت تولید شیمیایی را افزایش می‌دهد، چیزی که هر مدیر کارخانه‌ای می‌خواهد حفظ کند.
EN