رآکتور (Reactor)

رآکتور (Reactor)

چکیده:
راکتور یک ظرف یا محفظه با شکل های مختلف می باشد که در آن واکنش شیمیایی صورت می گیرد و در آن مواد ورودی به محصولات تبدیل می شوند. راکتورها از لحاظ عملکردشان به گروههای ریز تقسیم بندی می شوند: راکتورهای ناپیوسته ، راکتورهای نیمه پیوسته ، راکتور های مخلوط شونده ، راکتورهای لوله ای و راکتورهای بستر سیال تقسیم بندی می شوند. واکنش های شیمیایی که در داخل راکتور صورت می گیرند به دو دسته کلی متجانس Homogenous و نامتجانس Heterogeneous تقسیم بندی می شوند. سه پارامتر مهمی که جهت توصیف عملکرد راکتور مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:درصد تبدیل Conversion، انتخاب پذیری Selectivity، بازده راکتور Yield
مقدمه:
راکتور یک ظرف یا محفظه با شکل های مختلف می باشد که در آن واکنش شیمیایی صورت می گیرد و در آن مواد ورودی به محصولات تبدیل می شوند: که به دو دسته پلیمری و غیرپلیمری تقسیم می شوند.
واکنش های شیمیایی که در داخل راکتور صورت می گیرند به دو دسته کلی متجانس (Homogenous) و نامتجانس (Heterogeneous) تقسیم بندی می شوند. واکنش های متجانس واکنش هایی هستند که در آن تمام ترکیب شوندگان در یک فاز که ممکن است گاز، مایع و یا جامد باشد، موجود هستند . همچنین در صورتیکه واکنش کاتالیزوری باشد، کاتالیزور هم بایستی در همان فاز وجود داشته باشد . واکنش های نامتجانس ،واکنش هایی هستند که برای انجام آنها حداقل دو فاز لازم باشد.
متغیرهای زیادی سرعت واکنش را تغییر می دهند، در سیستم های متجانس ، دما ، فشار و غلظت متغیرهای واضحی هستند. در سیستم های نامتجانس به دلیل آنکه بیش از یک فاز وجود دارد و در طول واکنش مواد بایستی از یک فاز به فاز دیگر متصل شوند، علاوه بر دما، فشار و غلظت، سرعت انتقال جرم و سرعت انتقال حرارت نیز اهمیت دارد.
عملکرد راکتور
برای راکتورها، سه پارامتر مهم جهت توصیف عملکرد راکتور مورد استفاده قرار می گیرد:

• درصد تبدیل Conversion: نسبت مقدار مواد واکنش دهنده مصرفی در راکتور به مقدار مواد واکنش دهنده ای به راکتور تغذیه می باشد. اگر واکنش برگشت پذیر باشد، حداکثر درصد تبدیلی که به آن می توان رسید درصد تبدیل تعادلی نامیده می شود.
• انتخاب پذیری Selectivity: نسبت مقدار محصول مطلوب تولید شده به مقدار مواد واکنش دهنده مصرفی در راکتور می باشد.
• بازده راکتور Yield: مقدار محصول مطلوب تولید شده به مقدار مواد واکنش دهنده ای که به راکتور تغذیه می شود

حال به بررسی متغیرهای مهمی که بر عملکرد راکتور تاثیر دارند می پردازیم.
غلظت راکتور
هنگامی که بیش از یک ماده واکنش دهنده وجود داشته باشد، اغلب استفاده از مقدار بیش از نیاز یکی از واکنش دهنده ها نتیجه مطلوبی بدست خواهد داد. مخصوصاً اگر بخواهیم یکی از مواد به طور کامل مصرف شود (به علت قیمت بالا یا خطرناک بودن(گاهی اوقات مناسب است که یک ماده خنثی همراه با خوراک به راکتور تغذیه شود و یا قبل از پیشرفت کامل واکنش، محصول تولیدی خارج شود. بعضی اوقات نیز استفاده از یک مسیر برگشتی از فراورده های جانبی ناخواسته به راکتور مطلوب است.
در مورد واکنش های برگشت ناپذیر اگر یکی از ترکیبات ورودی بیش تر از مقدار مورد نیاز به واکنش وارد شود، می تواند ماده دیگر را به سمت کامل کردن سوق دهد. به عنوان مثال، واکنش بین اتیلن و کلر برای تولید دی کلرواتان را در نظر بگیرید:

اگر از یک مقدار اتیلن اضافی جهت حصول اطمینان از تبدیل کامل ماده کلر استفاده شود مشکل حضور کلر در سیستم جداسازی بعدی از بین می رود. معمولاً در یک واکنش اگر یکی از اجزاء خطرناک تر باشد (مانند کلر در این مثال) باید از کامل شدن آن مطمئن شویم.
اگر واکنش برگشت پذیر باشد هدف افزایش درصد تبدیل تعادلی می باشد. اگر یکی از خوراک ها را به مقدار اضافی وارد کنیم می توانیم درصد تبدیل تعادلی را افزایش دهیم. گاهی اوقات با حذف مداوم محصول یا یکی از محصولات از راکتوری که واکنش در آن در حال پیشرفت است، می توان درصد تبدیل تعادلی را افزایش داد. مثلا به وسیله تبخیر کردن ماده ای از راکتور فاز مایع. یک راه دیگر این است که واکنش در مراحل پشت سر هم همراه با جداسازی محصولات در مراحل میانی صورت گیرد.
دمای راکتور
انتخاب دمای راکتور به عوامل زیادی بستگی دارد. عموماً این انتخاب باید به گونه ای باشد که سرعت های زیاد واکنش و حجم کمتر راکتور را ایجاد نماید. به طور عملی محدودیت هایی در انتخاب دمای راکتور وجود دارد، از جمله ملاحظات ایمنی، محدودیت های جنس ساختمان راکتور و یا حداکثر دمای عملکرد کاتالیست. برحسب نوع واکنش انتخاب دما متفاوت خواهد بود.

ادامه مطلب