راکتور یک مخزن، محفظه یا ظرف برای افزودن مواد شیمیایی و انجام واکنش های شیمیایی است. راکتور شیمیایی از بخش های مختلف تشکیل شده است. انواع مختلفی از واکنش ها در راکتورهای شیمیایی انجام می شود. مواد شیمیایی وارد مخزن راکتور میشوند تا با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و محصول مورد نظر را تولید کنند. آنها قلب فرآیندهای شیمیایی در نظر گرفته می شوند و به گونه ای طراحی شده اند که بالاترین راندمان را برای خروجی تضمین می کند و باعث صرفه جویی در هزینه و پتانسیل درآمد برای صنایع شیمیایی می شود.
طراحی و ساخت راکتور بچ (Batch Reactor) در صنایع تولید مواد دارویی، شیمیایی و پلیمری به معنای ساخت و استفاده از راکتورهایی است که برای تولید مواد در مقیاس محدود و به صورت دسته‌ای (بچ) استفاده میشوند. در این نوع راکتور، واکنش‌های شیمیایی در یک دسته محدود از مواد انجام می‌شود و پس از اتمام واکنش، محصولات جدا میشوند و راکتور برای دسته بعدی آماده می‌شود.
طراحی و ساخت راکتور بچ شامل انتخاب نوع راکتور مناسب برای واکنش، طراحی ابعاد و مشخصات فنی راکتور، تعیین شرایط عملیاتی موردنیاز، انتخاب مواد ساخت راکتور با توجه به خواص شیمیایی و فیزیکی محصول و شرایط عملیاتی، و همچنین ایجاد سیستم کنترل و نظارت مناسب برای اجرای بهینه و ایمن واکنش‌ها می‌شود.
راکتورهای بچ برای تولید محصولاتی که به دسته‌بندی، فرآیند پیچیده یا شرایط خاص نیاز دارند، مناسب هستند. این راکتورها مزایایی مانند انعطاف‌پذیری بالا در تغییر شرایط عملیاتی، قابلیت کنترل دقیق بر واکنش‌ها، امکان تعیین سینتیک و مشخصات فرآیند، و قابلیت تولید دسته‌های کوچکتر از محصولات را دارا هستند.
راکتور یک بخش حیاتی از هر کارخانه تولید مواد شیمیایی است که به عنوان قلب فرآیند شیمیایی که در آن واکنش های شیمیایی انجام می شود نیز نامیده می شود. محصول نتیجه فرآیند مواد خام است از این رو راکتورهای شیمیایی تجهیزات مهم در هر فرآیندی هستند. راکتورها را می توان در صنایع مختلف از جمله صنایع شیمیایی، پتروشیمی، آرایشی و بهداشتی، دارویی و غیره استفاده کرد. راکتورهای شیمیایی در انواع و اقسام گوناگون وجود دارند.
در هر نوع صنايعي مانند صنايع شيميايي، صنعت پليمر، صنايع رنگ‌سازي و رنگدانه‌سازي، صنايع رنگ‌سازي، صنايع دارويي و بسياري از رآكتورها نقش مهمي در يك واكنش شيميايي ايفا مي‌كنند. انواع مختلفی از راکتورها وجود دارد که بر اساس انواع واکنش و خواص مواد خام مورد استفاده قرار می گیرند، از این رو معیارهای انتخاب برای انتخاب راکتورها در صنعت وجود دارد.
طراحی و ساخت راکتورهای پیوسته و ناپیوسته و نیمه پیوسته
راکتور پیوسته ساده‌ترین نوع راکتور است که از همزن یا میکسر تشکیل شده است و دارای تجهیزاتی برای گرم کردن و خنک کردن محلول واکنش است. این نوع راکتور یک مخزن بسته است که در آن هیچ جریانی از ورود یا خروج مواد به سیستم وجود ندارد. در راکتور پیوسته، مواد خام به راکتور شارژ می شود و اجازه می دهد تا مخلوط شوند.
ژاکت‌هایی در اطراف مخزن راکتورهای پیوسته قرار می‌گیرند که می‌توانیم از تجهیزاتی برای گرم کردن یا خنک کردن محلول واکنش مطابق با نیاز فرآیند استفاده کنیم. این نوع راکتور بیشتر در صنعت داروسازی استفاده می شوند و همچنین محلول تهیه می کنند، یعنی دوز کردن مواد شیمیایی و غیره. راکتورهای پیوسته برای آماده سازی شیمیایی، تخمیر، تبلور و غیره استفاده می شوند.
بزرگترین مزیت استفاده از یک راکتور پیوسته تطبیق پذیری آن است زیرا همان راکتور را می توان برای واکنش شیمیایی به انواع مختلف واکنش دهنده ها استفاده کرد، که به ویژه در مواردی استفاده می شود که در آن واکنش محصولات زیادی تولید می کند. از طرفی، مضرات استفاده از یک راکتور پیوسته این است که نیاز به شارژ مداوم واکنش دهنده ها، تخلیه محصولات و سپس تمیز کردن راکتور برای دسته بعدی دارد.
راکتورهای پیوسته برای آماده سازی مواد شیمیایی برای دوز در واکنش استفاده می شوند. در صنعت کلر سوز آورکه از سولفیت سدیم تهیه می شود که برای دوز در آب نمک برای حذف کلر آزاد در خروجی دی کلر استفاده می شود. راکتور ناپیوسته در نوع دیگری از راکتورها که به نام‌های راکتور مخلوط برگشتی، راکتور جریان مخلوط (MFR) یا راکتور جریان پیوسته (CFSTR) نیز شناخته می‌شود، به طور گسترده در صنایع شیمیایی استفاده می‌شود و کاربردهای مختلفی دارد.
راکتورهای CSTR راکتورهای پیوسته با سیستم‌های باز هستند و دارای پروانه‌ای مجهز به آن هستند تا برای اختلاط مناسب یا محتوای راکتور، همزن ایجاد کنند. این راکتورها امکان افزودن مداوم مواد خام به راکتور و حذف مداوم محصول را فراهم می کنند. راکتور CSTR یک راکتور مخزن همزن ایده آل در نظر گرفته می شود و برای مدل سازی متغیرهای عملیاتی مورد نیاز برای دستیابی به خروجی مشخص استفاده می شود.
یک راکتور نیمه پیوسته با هر دو ورودی و خروجی پیوسته و نا پیوسته کار می کند. این نوع راکتورها ترکیبی از راکتورهای پیوسته و پیوسته هستند. در راکتورهای نیمه پیوسته، مواد خام و واکنش‌دهنده‌ها شارژ میشوند و سایر مواد شیمیایی به آهستگی در فرآیند همراه با روند زمان اضافه میشوند. همزن فراهم می کند و هم زدن محلول واکنش به دستیابی به ترکیب و دمای یکنواخت در سراسر راکتور کمک می کند. واکنش های نیمه پیوسته گزینه/انعطاف پذیری برای افزودن مواد شیمیایی در واکنش فرآیند پیوسته را فراهم می کند. راکتورهای پیوسته Sebi دارای ژاکت‌هایی بودند که می‌توان از آنها برای تأمین گرمایش و سرمایش محلول واکنش با توجه به نیاز فرآیند شیمیایی استفاده کرد.
مزیت استفاده از این راکتور این است که می‌توانیم واکنش‌های متعددی انجام دهیم و کنترل زیادی بر بازده یا گزینش‌پذیری محصولات داشته باشیم. به عنوان مثال، برای واکنش های گرمازا بسیار مفید است، زیرا جریان پیوسته واکنش دهنده دیگر را می توان برای کنترل بهتر واکنش گرمازا تغییر داد. اما عیب آن این است که نیاز است تعداد بیشتری از کارگران محتویات راکتور را شارژ و تخلیه کنند، پره ها را تمیز کنند، راکتورها را تمیز کنند و غیره.
این نوع راکتور به اندازه سایر انواع راکتور استفاده نمی شود. با این حال، آنها می توانند برای بسیاری از واکنش های دو فازی (یعنی جامد/مایع) استفاده شوند. همچنین از راکتورهای نیمه پیوسته زمانی استفاده می شود که یک واکنش واکنش های جانبی ناخواسته زیادی داشته باشد یا گرمای واکنش بالایی داشته باشد. با محدود کردن معرفی واکنش دهنده ها، مشکلات احتمالی حذف می شوند.
طراحی و ساخت راکتورهای لوله ای
PFR مخفف راکتور لوله ای است و همچنین به عنوان یک راکتور لوله‌ای پیوسته (CTR) شناخته می‌شود، نوع دیگری از راکتور است که در آن یک یا چند ماده شیمیایی به عنوان سیال از طریق یک لوله یا لوله تزریق یا پمپ می‌شود. این نوع راکتورها به عنوان راکتورهای جریان پلاگین یا لوله‌ای شناخته میشوند، زیرا این راکتور طراحی لوله‌ای داشت و واکنش انجام می‌شود. واکنش شیمیایی با حرکت معرف‌ها از طریق PFR ادامه می‌یابد. در این نوع راکتور، سرعت تغییر واکنش نسبت به مسافت طی شده، گرادیان ایجاد می کند. در ورودی، به PFR سرعت بسیار بالا است، اما با کاهش غلظت معرف ها و افزایش غلظت محصول(ها) سرعت واکنش کند می شود.
این نوع رآکتور کاربردهای گسترده ای در سیستم های فاز گازی یا مایع دارد. به عنوان مثال، در تولید بنزین، کراکینگ نفت، سنتز آمونیاک از عناصر آن و اکسیداسیون دی اکسید گوگرد به تری اکسید گوگرد استفاده می شوند. علاوه بر این، آنها می توانند به عنوان بیوراکتور یا برای تولید در مقیاس کوچک استفاده شوند.
شرکت پترو صنعت تاراز، طراح و سازنده انواع راکتور بچ های صنایع شیمیایی
