طراحی، خرید و ساخت تجهیزات آزمایشگاهی و نیمه صنعتی

 4. طراحی فضا

 5. مدیریت هزینه‌ها

 6. استانداردها و قوانین

7. آزمایش و بهینه‌سازی

آزمایشگاه نفت و گاز و پتروشیمی

آزمایشگاه نفت و گاز و پتروشیمی یکی از محیط های مناسب آزمایشگاهی می باشد که جهت تست کردن اجزای تشکیل دهنده محصولاتی چون سوخت، نفت خام، گاز، روغن و روغن خام به کار می رود که لازم است متخصصان از تجهیزات و لوازم مناسب با این کار استفاده نمایند.

لیست تجهیزات آزمایشگاه نفت و گاز و پتروشیمی

در حال حاضر تجهیزات آزمایشگاه نفت و گاز و پتروشیمی شامل ابزارهای متنوع و گوناگونی می شود که عموما به دو دسته تجهیزات آزمایشگاهی چرخشی ( چون توربین، کمپرسور و پمپ) و تجهیزات ساکن ( همچون منابع ذخیره) تقسیم می شوند.

اما بطور کلی این تجهیزات آزمایشگاهی شامل موارد زیر است:

• دستگاه تقطیر (تقطیر نفتی، تقطیر در اتمسفر، Distillation، ASTM D86)
• دستگاه نقطه ریزش (دستگاه نقطه ابری، دستگاه پورپوینت کلود پوینت ASTM D97)
• دستگاه جذب اتمی (آنالیز عنصری، اتمیک ابزربشن، Atomic Absorption)
• دستگاه سولفور آنالایزر (اندازه گیری گوگرد، تست سولفور، Xray، ASTM D4294، XRF)
• دستگاه فلش پوینت (دستگاه تعیین نقطه اشتعال، فلش پوینت، Flash Point Tester)
• دستگاه اکتان سنج (اکتان متر، اکتان آنالیز، اکتان سنج بنزین، دستگاه اکتان، موتور اکتان)
• دستگاه رنگ سنج (رنگ سنج نفتی، کالریمتر، رنگ سنج روغن ASTM D1500)
• دستگاه TBN (دستگاه مرکاپتان سولفور، دستگاه TAN، آنالایزر TAN، آنالایزر TBN)
• گام تستر (تست گام سوخت، Gum Tester، دستگاه تست گام نفتی، ASTM D381)
• کارل فیشر (تعیین آب در روغن و تعیین آب در مواد نفتی، Karh Fischer)
• دانسیتومتر (دانسیتومتر نفتی، چگالی سنج، ASTM D1298، Density Meter)
• ویسکومتر (ویسکومتر نفتی، ویسکوزیمتر، ASTM D445، Viscometer)
• دستگاه آنالیزر فشار بخار
• دستگاه آنالیزر پایداری اکسیداسیون
• دستگاه آنالیزر ذرات فلزی
• تیتراتور اتوماتیک عدد اسیدی و بازی
• بن ماریسیرکولاتور (حمام سیرکولاسیون)
• دستگاه سانتریفیوژ مواد نفتی
• اسپکتروفتومترUV VIS
• مادون قرمز FITR

راکتور آزمایشگاهی

راکتور آزمایشگاهی وسیله ای است در آزمایشگاه که در آن مواد اولیه طی واکنش های شیمیایی به محصولات تبدیل می شوند. در این وسیله می توان پارامترهایی مانند فشار و PH را همزمان با کنترل دمای مواد موجود در ظرف واکنش، کنترل کرد. رآکتورهای آزمایشگاهی دارای انواع مختلفی چون ناپیوسته، نیمه پیوسته و لوله ای می باشند.

در واقع راکتور آزمایشگاهی محفظه ای برای انجام واکنش های شیمیایی که همزمان با کنترل دما و فشار انجام شده، طراحی شده است. این وسیله در آزمایشگاه، دارای یک مخزن برای ریختن موادی است که باید با هم واکنش شیمیایی انجام دهند و مواد محصول را ایجاد کنند. و یک همزن مکانیکی برای هم زدن این مواد می باشد. واکنش ها داخل رآکتور تحت شرایط کنترل شده دما و فشار معین انجام می‌شود. واکنش های ترکیب، تجزیه و تبدیل از جمله واکنش هایی است که در این دستگاه انجام می شود.

اجزای تشکیل دهنده راکتور آزمایشگاهی

اجزای تشکیل دهنده راکتور آزمایشگاهی بویلر، مبدل (کندانسور)، سپراتور (جداکننده)، ورودی ها و خروجی ها، الکتروموتور، شیرآلات و ابزار دقیق می باشد. اولین جزء آن همان طور که گفته شده مخزنی است. که مواد واکنش دهنده داخل آن ریخته می شود. گاز مورد نظر در این رآکتور توسط مسیرهایی به نام Purging وارد می شود. موتور و پروانه داخل رآکتور امکان هم زدن مکانیکی مواد واکنش دهنده را فراهم می کند.

سیستم کنترل دمای دو منظوره (افزایش و یا کاهش دما)، برای ثابت کردن دمای دستگاه در این وسیله تعبیه شده است. به این ترتیب که با افزایش دمای محلول داخل این راکتور، کاهش دما و خنک سازی توسط کوبل خنک کننده انجام می شود. اما وقتی در رآکتور کاهش دما را داریم، ژاکت حرارتی بیرون رآکتور می تواند دمای محلول داخل وسیله را کم کم زیاد کرده، به عبارتی دیگر گرم شدن این مواد توسط بدنه رآکتور انجام می شود. همچنین در این دستگاه، شیر کاهنده فشار (Relief) نصب شده است که عملکرد این قسمت، در صورت بالا رفتن فشار داخل رآکتور می باشد.

انواع راکتورهای آزمایشگاهی

راکتور آزمایشگاهی ناپیوسته:

در صنعت شیمی و برای تولید مواد شیمیایی از این راکتور استفاده می شود که در آن ورود یا خروج هیچ ماده ای را در هنگام انجام واکنش شیمیایی نداریم. روش کار در این راکتور این است که با ورود مواد واکنش دهنده و انجام واکنش در زمان واکنش، تخلیه موادی که در واکنش شرکت نکرده اند، انجام می شود. این راکتور که دارای ساختاری ساده است، دارای سیستم کنترلی کمی بوده و در واکنش های شیمیایی با مدت زمان طولانی استفاده می شود.

راکتور آزمایشگاهی نیمه پیوسته:

رآکتور آزمایشگاهی نیمه پیوسته دارای مخزن همزنی و تجهیزاتی شبیه به رآکتور پیوسته دارند. اما در این رآکتور برخلاف رآکتور پیوسته می توان مواد اولیه را به آن افزوده و محصول را بازسازی کرد. در این رآکتور می توان مواد اولیه را به میزان کم در ابتدا، اضافه کرد و سپس با پیشرفت واکنش، کم کم مواد بیشتری به آن افزود.

 راکتور آزمایشگاهی لوله ای:

در رآکتور لوله ای واکنش شیمیایی و تبدیل مواد اولیه به محصولات نسبت به عملکرد رآکتور، بیشتر می باشد. همچنین جریان مداوم و پایداری در داخل آن انجام می شود و جریان مایعات در آن، به گونه ی شاخه های جامد و پیستونی بوده و در تمام سطح مقاطع لوله ها، زمان انجام مواد واکنش دهنده، یکسان است. تأمین نیروهای محرکه در رآکتورهای لوله ای با پیشرفت واکنش، کم می شود و این خصوصیت شبیه رآکتور ناپیوسته می باشد. در لوله های این نوع از رآکتورها، مایعات دارای جریانی آرام یا آشفته می تواند باشد که جریان آشفته، به دلیل بهبود انتقال گرما، به جریان آرام ترجیح داده می شود.

 راکتورهای صنعتی مخلوط شده:

در رآکتور صنعتی مخلوط شده، مواد بعد از ورود به مخزن، در آن مخلوط می شوند و بعد از این که برای مدت مشخصی داخل آن می مانند از رآکتور خارج می شوند. در این رآکتورها دما به راحتی قابل کنترل است و این، خصوصیت مشخص آن ها می باشد. همچنین در واکنش های شیمیایی که به هم زدن زیاد نیاز است، رآکتور مخلوط شده مورد استفاده قرار می گیرد.

رآکتور بستر سیال:

روش کار در رآکتور بستر سیال، عبور یک مایع یا گاز از ماده دانه ای جامد است که منجر به معلق کردن ماده ی جامد به دلیل سرعت عبور بالا می باشد. در این حالت، جامد مانند مایع رفتار می کند و به آن فرآیند سیال سازی می گویند. همین خاصیت مایع دادن به جامد، با عبور با سرعت بالا، از خواص مهم رآکتور بستر سیال است. این نوع از رآکتورها در صنعت استفاده ی زیادی دارد.

تقطیر آزمایشگاهی

نوع آزمایشگاهی به دو صورت تقسیم می‌شود:

نوع نیمه صنعتی نیز می‌تواند به دو صورت تقسیم شود:

– مداوم: که در آن مایعات به طور مداوم وارد سیستم می‌شوند و فرآیند جداسازی به صورت پیوسته انجام می‌شود.

– ناپیوسته: که در آن مایعات در دفعات معین وارد سیستم می‌شوند و پس از اتمام هر بار، جداسازی انجام می‌شود.

برج تقطیر سینی دار شیشه ای ناپیوسته

مشخصات دستگاه

استفاده از اختلاف نقطه جوش برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع اساس فرآیند تقطیر را تشکیل می‌دهد. در بیشتر مواردی که اختلاف نقطه جوش آن‌ها قابل توجه است را می‌توان به وسیله حرارت دادن تفکیک نمود در این صورت ماده با دمای جوش پایین‌تر،سریع‌تر به جوش آمده و ماده با دمای جوش بالا باقی می‌ماند و این امر اساس فرآیند تقطیر را تشکیل می‌دهد.فرآیندی که در یک برج تقطیر سینی‌دار اتفاق می‌افتد عمل جداسازی مواد است. در این فرآیند منبع حرارتی، حرارت لازم را جهت انجام عمل تقطیر و تکنیک مواد سازنده یک محلول تأمین می‌کند.

بخار بالا رونده از برج با مایعی که از بالای برج به سمت پایین حرکت می‌کند بر روی سینی‌ها تماس مستقیم پیدا می‌کنند این تماس باعث ازدیاد دمای مایع روی سینی شده و نهایتا باعث نزدیک شدن دمای مایع به دمای حباب می‌گردد با رسیدن مایع به دمای حباب به تدریج اولین ذرات بخار حاصل می‌شود که این بخارات غنی از ماده فرار است. از طرفی دیگر در فاز بخار موادی که از نقطه جوشش کمتری برخوردار هستند. تحت عمل میعان قرار گرفته و به صورت فاز مایع به سمت پایین برج حرکت می‌کند.

تقطیر اتوماتیک

این محصول برای اندازه گیری تقطیر به صورت اتوماتیک مطابق استاندارد ASTM D86 برای فرآورده های نفتی درفشار اتمسفر ، استاندارد ASTM D850 برای هیدروکربن های آروماتیک صنعتی و مواد وابسته ، ASTM D1078 برای محدوده تقطیر مایعات آلی فرارکاربرد دارد.

دستگاه تقطیر در خلا روغن

دستگاه Vacuum Distillation جهت اندازه گیری عدد تقطیر روغن در دمای 400 درجه تحت خلاء  استفاده می شود که مطابق با استاندارد ASTM D1160 می باشد.

تعیین نقطه ریزش

وسیله تعیین Pour Point و نقطه ابری Cloud Point یا همان پور پوینت و کلود پوینت که مطابق با استاندارد های ASTM D97 و ASTM D2500 می باشد.

دستگاه فلش پوینت

دستگاهی جهت اندازه گیری نقطه اشتعال مواد نفتی از جمله گازوییل و مازوت و روغن و مواد نفتی می باشد. که در مدلهای مختلفی وجود دارد و مطابق با استاندارد های ASTM D92 و ASTM D93 در مدلهای مختلف فلش پوینت تمام اتوماتیک و و نیمه اتوماتیک و فلش پوینت دستی  موجود می باشد.

دستگاه اندازه گیری نقطه انجماد

دستگاه Freezing Point  یا همان دستگاه اندازه گیری در دمای منفی برای اندازه گیری نقطه انجماد مواد نفتی استفاده می شود که مطابق با استانداردASTM D1177 می باشد.

هات پلیت (Hot plate)

هات پلیت یا اجاق بشقابی، یکی از تجهیزات آزمایشگاهی پرکاربرد و مورد استفاده در محیط های آزمایشگاهی می باشد که عموما بعنوان یک صفحه حرارتی، برای ترکیب کردن و حل کردن محلول ها و گرم کردن نمونه ها در ظروف آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد.

کاربرد هات پلیت (Hot plate)

این دستگاه کوچک و رومیزی، با داشتن صفحه مسطح از جنس آلومینیوم (فلز های رسانا) و یا سرامیک، برای قرار گیری شیشه آلات آزمایشگاهی حاوی محلول و برخورداری از دو المنت حرارتی ( حداقل)، باعث گرم شدن انواع نمونه ها (مایع و جامد) و یا ترکیب آن ها می شود.

علاوه بر این هات پلیت آزمایشگاهی ضمن داشتن المنت گرمایی برای انجام فرآیند تولید گرما، از نور مادون قرمز (جهت تولید گرما)، مقاوم الکتریکی، کنترل گر دما، پیچ چرخش، موتور (عموما بصورت القای تک فاز۲) و یک سیستم کنترل خاموش و روشن نیز برخوردار است که همین امر باعث شده تا در آزمایشگاه ها و دیگر مصارف عمومی تولید و مورد استفاده قرار گیرد.

هیتر آزمایشگاهی

هیتر نیز از دیگر تجهیزات مورد استفاده آزمایشگاهی است که در صورت ترکیب با همزن مغناطیسی از عملکردی همانند هات پلیت مگنت برخوردار می شود. در واقع از این دستگاه آزمایشگاهی که نوعی از هات پلیت مگنت محسوب می شود، برای حرارت دادن و حل کردن محلول ها بکار می رود.

همچنین این دستگاه نیز در حال حاضر در انواع مختلفی چون هیتر آزمایشگاهی استیرر، صنعتی، منتل و هیتر آزمایشگاهی با پوششی خاص طراحی و تولید می شود.

لازم به ذکر است که در صورت استفاده از هیتر آزمایشگاهی ضمن تنظیم دمای دستگاه بین ۱۰۰ الی ۷۵۰ درجه سانتی گراد، از برقی با ولتاژ ۱۲۰ الی ۴۸۰ ولت استفاده نمایید.

آون آزمایشگاهی

یکی از تجهیزات آزمایشگاهی، آون های آزمایشگاهی هستند که به آن ها کوره آزمایشگاهی نیز گفته می شود. این ابزار در شرایط مختلفی مورد استفاده قرار گرفته می شود.

کاربرد این وسیله برای استریل یا خشک کردن وسایل شیشه ای و یا فلزی موجود در آزمایشگاه است. روش کار این دستگاه این گونه می باشد که وسایل فلزی که از قبل تمیز شده است را در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد و طی مدت زمان ۲ ساعت درون دستگاه قرار می دهیم و به کمک حرارت این ابزار استریل و خشک می شوند. روش استریل شدن این وسایل این گونه است که هرچه دمای موجود در آون زیاد شود، رطوبتی که در این وسایل شیشه ای وجود دارند تبخیر شده و در نتیجه باعث توقف فعالیت بیولوژیکی شده و در نتیجه وسایل استریل می شوند.

خشک‌کن‌پاششی آزمایشگاهی (spray dryer)

اسپری درایر یک نوع خشک کردن مواد با پاشش در محفظه (Chamber) و انتقال حرارت است که در این نوع خشک کردن مواد مایع(محلول) به پودر(جامد) تبدیل می شوند. محتوای مایع می تواند محلول، سوسپانسیون، دیسپرسیون، امولسیون، ژل یا خمیر باشد به شرط اینکه قابل پمپ و اسپری کردن باشد. علیرغم دمای بسیار بالای محفظه خشک کننده، ذرات اسپری شده به واسطه از دست دادن رطوبت، در دمای بسیار پایین تری و برای زمان بسیار کوتاهی باقی می مانند. از اینرو، این روش خشک کردن اساسا به عنوان “خشک کردن دمای پایین” نیز شناخته می شود.
محصول بدست آمده از اسپری درایر حاوی ذرات ریزتر و توزیع اندازه ذره ای بهتر، ظاهر، بافت، مشخصه ریزش، تراکم پذیری، دانسیته توده ای، قابلیت پراکندگی و محلولیت بسیار مطلوبی می باشد.

کروماتوگرافی گازی

این تجهیز یکی از پرکاربردترین تکنیک های جداسازی و تحلیل مواد شیمیایی در آزمایشگاه های نفت و پتروشیمی است. این دستگاه به منظور جداسازی ترکیبات پیچیده ای که در نفت خام و محصولات پتروشیمی وجود دارند، استفاده می شود. در فرایند کروماتوگرافی گازی، یک نمونه گازی یا مایع از ستون کروماتوگراف عبور می کند و ترکیبات موجود در آن بر اساس زمان نگه داری در ستون، شناسایی می شوند. از کاربردهای این تجهیز می توان به تجزیه و تحلیل ترکیبات هیدروکربنی در نفت خام، تعیین میزان مواد آلاینده مانند سولفور و نیتروژن در محصولات نفتی و ارزیابی کیفیت گاز طبیعی و فراورده های پتروشیمیایی اشاره کرد.

اسپکترومتری جذب اتمی

این تجهیز یکی دیگر از تجهیزات آزمایشگاهی مهم در صنعت نفت و پتروشیمی است که برای تجزیه و تحلیل فلزات سنگین و عناصر موجود در نفت و مشتقات آن استفاده می شود. این دستگاه با استفاده از انرژی نور و جذب آن توسط اتم های نمونه، غلظت عناصر خاص را اندازه گیری می کند.

این دستگاه به ویژه در کنترل کیفیت و ارزیابی آلاینده های فلزی در مواد نفتی کاربرد دارد. برای مثال، وجود فلزات سنگین در نفت خام می تواند مشکلاتی را در فراینده پالایش ایجاد کند. به همین دلیل استفاده از این تجهیز برای شناسایی و کنترل میزان این عناصر ضروری است.

ویسکومتر

یکی از ویژگی های مهم مواد نفتی، ویسکوزیته است که تاثیر مستقیمی بر روی جریان و حمل و نقل آنها دارد. برای اندازه گیری ویسکوزیته مواد نفتی از دستگاهی به نام ویسکومتر استفاده می کنند. این دستگاه می تواند میزان مقاومت یک مایع در برابر جریان را اندازه گیری کرده و اطلاعات مهمی درباره رفتار سیالات نفتی در شرایط مختلف دما و فشار ارائه می دهد. ویسکومترها در صنعت نفت به ویژه در تعیین رفتار نفت خام و محصولات پالایشگاهی مانند بنزین، دیزل و قیر بسیار مهم هستند.

کالریمتر بمبی

اندازه گیری انرژی موجود در مواد نفتی و پتروشیمیایی از طریق این دستگاه ها انجام می شود و یکی از تجهیزات آزمایشگاهی نفت و پتروشیمی است. این دستگاه برای تعیین مقدار انرژی موجود در سوخت ها، هیدروکربن ها و سایر ترکیبات آلی استفاده می شود. در این فرایند، نمونه ای از ماده در یک محفظه بسته و در حضور اکسیژن کامل سوزانده شده و میزان انرژی آزاد شده اندازه گیری می شود.

این تجهیز به ویژه در ارزیابی کیفیت سوخت ها و اندازه گیری قدرت حرارتی مواد نفتی کاربرد دارد.

آنالیزور سولفور

یکی از مهم ترین فاکتورهای کنترل کیفیت در محصولات نفتی، میزان گوگرد موجود در آنها است. گوگرد به عنوان یک آلاینده در محصولات نفتی شناخته می شود و می تواند باعث تولید گازهای آلاینده مانند SO2 در زمان سوختن شود. بنابراین کاهش و کنترل میزان گوگرد در محصولات نفتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. آنالیزورهای سولفور برای تعیین دقیق میزان گوگرد در نفت خام، فراوردهای پالایشی و گاز طبیعی استفاده می شوند. این دستگاه ها با استفاده از تکنیک های مختلفی مانند اسپکترومتری فلورسانس اشعه ایکس میزان گوگرد را اندازه گیری می کند.

طراحی و ساخت تجهیزات