راکتور های شیمیایی

رآكتـور دسـتگاهی اسـت كـه در آن واكنش هـای شـيميايی مذكـور انجـام می شـود. رآكتورهـای شـيميايی می تواننـد در ابعـاد بـزرگ و بـرای مصـارف صنعتـی يـا در ابعـاد كوچـك بـرای كاربردهـای آزمايشـگاهی و تحقيقاتی سـاخته شوند.
در يـك كارخانـه صنايـع شـيميايی، مـواد خـام اوليـه يـا همـان تركيب شـونده ها از يـك سـری فرايندهـای فيزيکـی اوليـه از قبيـل جداسـازی، خالصسـازی عبـور می كننـد تا آمـاده ورود بـه مرحلـه بعـدی يعنـی انجـام واكنش شـيميايی شـوند.​​​​​​​

در ايـن مرحلـه بـا اسـتفاده از يـك رآكتـور يـا رآكتورهـای مناسـب، تغييـرات شـيميايی مـورد نظـر انجـام  می شـوند و محصول توليـد می شـود. بـه دليـل انجـام بعضـی از واكنش هـای ناخواسـته يـا وجـود مقـداری از مـواد اوليـه ورودی بـه رآكتـور كـه فرصـت انجـام واكنـش را پيـدا نکرده انـد و همـراه محصـول از رآكتـور خـارج شـده اند، محصول توليـدی قابـل فـروش بـه بـازار نيسـت و لازم اسـت عمليات هـای فيزيکـی از قبيـل جداسـازی، خالصسـازی بـر روی آن انجـام شـود، سـپس بـه عنـوان محصـول خالـص نهايـی بـرای فـروش بـه بـازار عرضـه شـود.

​​​​​​​در يـك فرآيند شـيميايی احتمـال اينکه تمـام مواد خـام اوليـه در رآكتور مصـرف نشـوند؛ وجـود دارد؛ لـذا آن مقـدار مـواد اوليـه كـه در رآكتـور مصرف نشـده اند می بايسـت بـه رآكتور برگردانـد كـه اصطاحـاً به ايـن جريـان، جريـان برگشـتی می گويند.

​​​​​​​در صنايـع شـيميايی، رآكتـور به عنـوان قلـب فراينـد شـيميايی و مهمترين و حسـاسترين عمليـات در كارخانه محسـوب می شود.

راکتور های ناپیوسته

رآكتورهـای ناپيوسـته از آغاز صنعت شـيميايی مـورد اسـتفاده بـوده و هنـوز هم به صـورت وسـيعی در توليـد مواد شـيميايی با ارزش افزودنی بالا اسـتفاده می شـوند.

​​​​​​​در اين رآكتورها مـواد اوليـه يـا همـان تركيب شـونده ها در همـان ابتدای عمـل وارد راكتـور می شـوند. محتويـات رآكتـور برای مـدت مشـخصی کاملا و به شـدت مخلـوط شـده و پـس از مـدت زمـان معينـی كـه واكنش پيشـرفت كـرد، محتويـات داخـل رآكتور تخليـه می شـوند؛ بنابراين در ايـن رآكتـور در هنـگام واكنـش هيـچ جرمی وارد نشـده و هيچ جرمی خارج نمی شـود.​​​​​​​

اجزای تشکیل دهنده راکتورهای پیوسته

1. بدنه:
بدنه که مهمترین بخش راکتور بوده و محل واکنش ونگهداری محصول است. جنس مواد در ارتباط با مواد چنانچه از نوع خورنده باشد معمولا از فولا استنلس استیل 316L و در سایر موارد از مواد فولادی معمولی می باشد. و معمولا شکل ان به صورت استوان های می باشد. بر روی بدنه جهت ورود وخروج مواد.ونمونه گیری محصول نازل هایی تعبیه شده است.
 
2. جداره:
چون واکنش های شیمیایی یا گرماده هستند یا گرماگیر بروی بدنه جداره قرار می گیرد. وظیفه جداره انتقال یا دادن حرارت به محصول به صورت غیر مستقیم است. جداره یا به صورت نیمه کامل یا به صورت کویل های حرارتی نصب می شود که خود این کویل های حرارتی به شکل نیم دایره یا به شکل ناودانی می باشند که به روش مارپیچی دور راکتور قرار می گیرند در جداره ها از جریانی از آب یا روغن با دمای بالاتر یا پایین تر جهت انتقال حرارت استفاده می شود.
 
3. پروانه وهمزن:
فراينـد هـم زدن و انتقـال جـرم در رآكتورهـا از اهميـت بالايـی برخوردار اسـت، زيـرا در صورتی كـه محتويات داخـل رآكتـور به خوبـی تركيـب نشـوند، امکان واكنـش ندادن بخشـی از مـواد و در نتيجه پايين آمـدن كيفيت محصـول فراهـم می شـود. عمـل همـزدن در رآكتورهـای مخزنـی شـکل، بـا اسـتفاده از همزن هـای دوار متصل به پروانه انجام می شود كـه بـه شـفت و الکتروموتـور متصـل اسـت نحـوه قرارگيـری و سـرعت چرخـش هـمزن بسـتگی بـه عواملی چـون، حجم مخزن، شـکل مخـزن، گرانـروی جريـان دارد.

4. بفل:
بفل ها به صورت تیغه های عمودی هستند که بروی بدنه نصب می شوند و وظیفه آنها کمک به همزدن محصول با تغیر در روند جریان سیال از ارام به جریان آشفته است.  جنس بفل معمولا با جنس بدنه یکی است و نحوه قرارگیری و نصب آن با توجه به الزامات طراحی انتخاب می شود.​​​​​​​

راکتور های نیمه پیوسته

 اين نوع راكتورها دارای انواع متنوعی هستند. در نوع متداول آن يکی از مواد اوليه ابتدا در داخل راكتور پر مي شود و سپس به تدريج ماده يا مواد اوليه ديگر به آن اضافه می شود.

 در نـوع ديگـر، مـواد اوليه بهطـور همزمان وارد رآكتور می شـود، ولـی تـا پايـان واكنـش هيـچ مـادهای از رآكتور خارج نمی شـود.
نـوع ديگـری از آن وجـود دارد كـه تمامي مـواد اوليه در داخـل رآكتور بارگيـری شـده اسـت و در حيـن واكنـش مـادهای داخـل رآكتـور به صـورت گاز اسـت از رآكتـور خـارج می شـود.

​​​​​​​رآكتورهـای نيمه ناپيوسـته نيز همان محدوديت های رآكتور ناپيوسـته را دارد. از امتيـازات رآكتورهـای نيمـه ناپيوسـته كنتـرل خوب حرارت و كنتـرل واكنش هـای نامطلـوب و محـدود كـردن توليـد محصـولات ناخواسـته آن اسـت. ايـن عمـل از طريـق وارد كـردن تدريجـی يکی از اجـزای تركيب شـونده با غلظـت كم ميسـر می گـردد. رآكتورهای نيمه پیوسته اغلب برای واکنش دوفازی استفاده می شوند که  يکـی از اجـزای تركيب شـونده، گاز باشـد و جـزء گازی به صورت حباب بـه داخل فـاز مايـع درون رآكتـور تغذيـه می گردد.​​​​​​​

راکتور های پیوسته

در ايـن نـوع رآكتورهـا، مـواد اوليـه دائمـاْ وارد رآكتور می شـود و پس از انجـام واكنش، محصول به طور پيوسـته از رآكتـور خـارج می شـود. اينگونـه رآكتورهـا هنگامـی در صنعـت اسـتفاده می شـوند كـه هـدف توليـد مقدار زيـادی محصـول باشـد در ضمـن راكتورهـای پيوسـته بـرای انجـام واكنش های سـريع مناسـب تر می باشـند از ايـن رآكتورهـا در بسـياری از صنايـع شـيميايی، به خصـوص صنايع نفت، گاز و پتروشـيمی اسـتفاده می شـود.​​​​​​​

راکتور های مخزنی همزن دار مداوم

رآكتورهـای مخزنـی همزندار مداوم، گونه های متداول از رآكتورها هسـتند كه در آنهـا يك يا چند جريان ورودی بـه سيسـتم، مـواد تركيب شـونده را بـه داخـل رآكتـور مـی آورد و پـس از واكنـش، از خروجـی يـا خروجی های رآكتـور محصـولات خـارج می شـوند. بـه طـور معمـول شـدت جريـان ورودی و خروجـی از اين رآكتورهـا ثابت در غيـر ايـن صـورت امکان سـر ريز يا تخليه سـريع مخـزن رآكتور وجـود دارد احتياج به اختاط شـديد داشـته باشـد، اسـتفاده می شـود. رآكتورهای مخلوط شـونده يا به تنهايی و يا به صورت عمل اختاط و  هـمزدن مـواد بـا شـفت و پروانـه صـورت می گيـرد.

در مقايسـه بـا سـاير رآكتورهـا درصـد تبديـل مـواد در آنها بـه ازای واحـد حجـم محصول توليـدی پايين تر اسـت و بـه هميـن دليل برای دسـتيابی بـه ميزان درصـد تبديل بيشـتر محصـول مـورد نظـر، از رآكتـور بـا حجم هـای بزرگتـر اسـتفاده مي شـود. رآكتورهـای مخلوط شـونده بـرای اغلـب واكنش هـای همگـن در فـاز مايـع اسـتفاده می شود.
​​​​​​​
در رآكتورهـای مخلوط شـونده به علـت وجـود هـمزن، خـوراک ورودی به سـرعت در سرتاسـر ظـرف پراكنـده شـده و غلظـت در هـر نقطـه درون ظـرف تقريباْ يکسـان اسـت؛ لـذا سـرعت واكنـش در تمـام نقاط درون سيسـتم تقريبـا يکسـان می گـردد. به طـور كلـی در رآكتورهـای مخلوط شـونده تغييـرات مکانـی غلظـت (يـا خـواص فيزيکـی) درون رآكتـور يـا در خروجـی آن وجـود ندارد و خـواص درون سيسـتم يکنواخـت اسـت ايـن نـوع رآكتورهـا عمدتـاْ بـرای توليـد محصولاتـی بـا حجـم بـالا از قبيل محصولات پتروشـيمی، مواد شـوينده و بهداشتی با حجم زیاد استفاده می شود.​​​​​​​