صفحه اصلی / راکتورها

راکتورها

راکتورها

تقسيم بندي راکتورها

راکتورها براساس نوع واکنش انتخاب می شوند، بر اساس یک تقسیم بندی راکتورها به دو دسته به صورت زیر تقسیم می گردند:

  • مداوم مخزني (Continuous)شكل مجهز به همزن و لوله ای شکل
  • غير مداوم (non continuous)

بر اساس نوع دیگر تقسیم بندی راکتورها را به دو دسته زیر تقسیم می کنند:

۱- واحدي (Stagewise)

۲- دیفرانسیلی ( Differential )

۳- راکتورهای واحدي (Stagewise)

در این نوع راکتورها شرایط در اتمام حجم سیستم به صورت یکنواخت باقي مي ماند. اگر از هر نقطه راکتور نمونه برداری کنیم، از نظر ترکیب نسبي و دما یکسان است و هیچ تفاوتی ندارد و موازنه جرم و انرزی را در تمام راکتور برقرار می نماییم.

راکتور هاي ديفرانسيلي (Differential)

شرایط در هر نقطه از راکتور یکسان نبوده و به صورت دیفرانسیلی تغییر می کند، ممکن است با زمان تغییر ننماید، ولي از هر نقطه به نقطه دیگر متفاوت است. برای برقراری موازنه جرم و انرژی باید یک جزء دیفرانسیلی در نظر گرفت.تفاوت راکتورهاي واحدي و دیفرانسیلی این است که در راکتورهای دیفرانسیلی بین غلظت ورودی و خروجي، تمام مقادیر را داریم ولی در راکتورهای واحدي نمي توانيم غلظت را به طور پیوسته داشته باشیم و غلفته به طور پله اي تغيير مي کند.

راکتور ناپیوسته (Batch)

در یک راکتور ناپیوسته ورود و خروج جرم وجود ندارد. به عبارت دیگر ترکیب شوندگان را که ابتدا وارد ظرف کرده اند به شدت مخلوط می کنند تا واکنش به مدت معینی انجام گیرد. از دیدگاه تاربخي راکتورهای ناپیوسته از آغار صنعت شیمیایی مورد استفاده بوده است و هنوز هم به صورت وسیعی در تولید مواد شیمیایی با ارزش افزودني بالا نظير دارو سازی مورد استفاده مي باشد، راکتور های نا پیوسته در موارد ذیل استفاده میگردد:

  • تولید در مقیاس های کوچک صنعتي
  • برای محصولاتی که تولید صنعتي آنها در شرایط مداوم مشکل است
  • تولید صنعتی محصولات گران قیمت
  • آزمایش کردن فرایند های ناشناخته

امتیاز راکتورهای ناپیوسته (Batch) در این است که با دادن زمان لازم برای انجام واکنش مواد اولیه با درصد تبدیل بالا به محصولات مورد نظر تبديل مي گردند. در حالی که استفاده از این نوع راکتورها محدود به واکنش های متجانس فار مايع مي باشد. از دیگر محدودیت های این نوع راکتورها بالا بودن هزينه تولید در واحد حجم محصول تولید شده مي باشد. همچنین تولید صنعتي در مقياس بالا در این گونه راکتورها مشکل است. لازم به ذکر است که در یک راکتور نا پیوسته کامل (ایده آل) اختلاف درجه حرارت با غلظت درون حجم سیستم وجود ندارد. هر چند به علت انجام واکنش غلظت اجزاء با زمان تغییر خواهد کرد ولي در هر لحظه در تمام نقاط سیستم غلظت یکسان خواهد بود و در نتيجه سرعت واکنش نیز در تمام نقاط یکسان و برابر سرعت متوسط سیستم مي باشد.

راکتور هاي نيمه پیوسته

در این گونه راکتورها قسمتي از مخزن راکتور با یک یا چند ماده واکنش دهنده تا اندازه ای پر شده و مواد اضافه شونده به صورت پیوسته وارد راکتور مي شوند و حجم و ترکیب مخلوط واکنش دهنده با زمان تغيير مي کند و هنگامی که میزان تبدیل مطلوب حاصل گردد راکتور برای انجام فرایند بعدي تخليه مي گردد.

راکتور مخلوط شونده( CSTR)

راکتور مخلوط شونده در شرایطی که یک واکنش شيميايي احتياج به همزدن شدید داشته باشد مورد استفاده قرار مي گيرد.

راکتورهای مخلوط شونده با به تنهایی و یا به صورت پشت سرهم متصل مي گردند.

کنترل حرارتی در این نوع راکتورها به آسانی انجام می گیرد. يكي از محدودیتهای این نوع راکتورها درصد تبدیل پایین در مقایسه با سایر راکتورها مي باشد. به همین دلیل حجم راکتور مذکور باید بزرگ انتخاب شود، تا به درصد تبدیل بالا دست یافت. راکتورهای Mixed یا CSTR براي اغلب واکنش های متجانس در فاز مابع استفاده مي شود.

در راکتورهای اختلاط کامل به علت وجود داشتن همزن خوراک ورودی به سرعت در سرتاسر ظرف پراکنده شده و غلظت در هر نقطه درون ظرف تقریبا یکسان است. لذا سرعت واکنش در تمام نقاط درون سیستم تقریبا یکسان مي گردد. بطور کلی در راکتورهای اختلاط کامل (ایده آل) تغییرات مکاني غلظت (با خواص فيزیکي) درون راکتور و با در خروجی آن وجود ندارد و خواص درون سیستم یکنواخت مي باشد.

راکتور های لوله اي (Plug)

در صنایع شیمیایی برای فرایند های با مقیاس بزرگ معمولاً از راکتورهای لوله ای استفاده مي شود، زیرا نگهداری سیستم راکتور های لوله ای آسان مي باشد (چون دارای قسمتهای متحرک نیستند) و معمولاً بالاترین درصد تبدیل مواد اولیه در واحد حجم راکتور را در مقایسه با سایر راکتورهای سیستم جاري دارا هستند. از محدودیت این نوع راکتورها مشكل حرارتی برای واکنشهای گرمازاست که بسیار سریع عمل میکنند و نهایتا منجر به تشکیل نشاط داغ (Spot Hot) می گردند. اغلب واکنشهای متجانس گازی در این نوع راکتورها انجام می گیرند. در جریان Plug سرعت کلمه ذرات یکسان است، هیچ ذرهاي از ذره دیگر سبقت نمی گیرد و عقب هم نمی ماند، هیچگونه تداخلی هم در جریانها نداریم ولی در بیشتر موارد الگوی جریان متفاوت است. دلیل این است که همواره در جهت حرکت سیال یک جریان برگشتي (معکوس) داریم. حرکت معکوس سیال را درون گویند مي (متقابل اختلاط با آمیزي بس) Back Mixing

راکتورهای Plug غلظت از نقطه ای به نقطه دیگر تغییر می کند. چنین سیستمهایی توزیع شده (Distributed ) ناميده مي شوند و تجربه تحلیل معادله عملکرد آنها در شرایط پایدار مستلرم حل معادلات است.

راکتورهاي دوره اي (Reactor Recycle)

در این نوع راکتور مخلوط واکنش خروجي از راکتور بدون عبور از مراحل جدا سازی و بازبافت به ورودی راکتور برگشت داده مي شود. این نوع برگشت در راکتور Mixed وجود دارد و از این نظر امري عادي مي باشد، یعنی استفاده ار جریان برگشت برای یک راکتور Mixed اثری روی بازدهی ندارد، باید توجه داشت که استفاده از جریان برگشتی برای یک راکتور با جریان Plug معمولاً بازدهي را کاهش مي دهد و آن را به سمت بازدهی یک راکتور Mixed سوق مي دهد.

 لذا معمولاً در شرایط زیر از راکتورهای دوره ای استفاده می کنیم:

  • برای واکنشهای اتوکاتالیزوری و واکنشهایی که احتیاج به همزن خاصي دارند. مثلاً اگر واکنشي احتياج به درصد معيني از همزن (کمتر از الگوي اختلاط راکتور مخلوط شونده و بیشتر از الگوی اختلاط در راکتور لوله ای) داشته باشد از راکتور دوره ای استفاده مي کنيم،
  • برای واکنشهایی که باید در شرایط هم دما انجام بگیرند.
  • برای واکنشهایی که متشکل از چند واکنش سری با موازی رقابتي هستند. برای رسیدن به تولید بهینه (ماکزيمم) از محصول مورد نظر (Selectivity)، از راکتور هاي دوره اي استفاده مي کنيم.