راکتور آزمایشگاهی

راکتور آزمایشگاهی چیست؟

راکتور آزمایشگاهی در مهندسی شیمی، به دستگاه یا محفظه ای گفته می شود. که در آن فرآیندهای شیمیایی برای اهداف آزمایشی و ساختاری انجام می شود.

واکنش های شیمیایی که در راکتور آزمایشگاهی انجام می شود عبارت اند از:

• ترکیب
• تبدیل
• تجزیه

و غیره که هدف از این ها تولید ماده مورد نظر می باشد.

اندازه و پیچیدگی راکتورهای آزمایشگاهی از کتری های کوچک و باز مجهز به همزن و بخاری ساده تا ظروف بزرگ و مجلل مجهز به کت یا سیم پیچ داخلی برای گرم کردن یا خنک سازی ، نازل یا درگاه های افزودن و از بین بردن مواد ، منابع تابش ماورا  بنفش یا انرژی الکتریکی ، همزنها یا تراشنده ها و دیوارهای محکم و مهر و موم های محکم برای اجازه کار در فشارهای زیاد یا پایین. 

در بسیاری از موارد ، این راکتورها با ابزاری تهیه می شوند که دما ، فشار ، pH یا سایر خصوصیات محتویات را اندازه گیری می کنند. آنها از موادی ساخته شده اند که برای مقاومت در برابر حمله توسط مواد در حال پردازش انتخاب شده اند.

برای فرآیندهای خاصی که بطور خاص برای کار مداوم سازگار هستند ، راکتورهایی ابداع می شوند تا واکنش شیمیایی ممکن است هفته ها یا ماهها ادامه یابد در حالی که مواد اولیه به طور مداوم یا متناوب وارد می شوند و محصول نهایی در یک جریان ثابت یا در تخلیه های دوره ای خارج می شود. پالایشگاه های مدرن نفت راکتورهایی از نوع جریان پایدار دارند. کارخانه های تولید فولاد به کوره های بلند که رآکتورهای مداوم شارژ شده و به طور متناوب تخلیه می شوند ، تکیه می کنند.

اجزای تشکیل دهنده راکتور آزمایشگاهی

• ورودی ها
• خروجی ها
• بویلر
• مبدل(کندانسور)
• سپراتور(جداکننده)
• الکتروموتور
• شیرآلات
• ابزار دقیق

انواع راکتورهای آزمایشگاهی

راکتورها از نظر عملکرد به دسته های زیر تقسیم می شوند:   

• راکتورهای ناپیوسته
• راکتورهای نیمه پیوسته
• راکتورهای لوله ای
• راکتورهای صنعتی مخلوط شونده
• راکتورهای بستر سیار

راکتورهای آزمایشگاهی ناپیوسته

این نوع راکتور صنعتی که بیشتر در صنعت شیمی استفاده شده است برای تولید مواد شیمیایی با ارزش بیشتر مورد پسند می باشد. در واقغ منظور از ناپیوسته بودن،حین انجام واکنش هیچ ماده ای وارد و خارج از راکتور نمی شود.

به نحوی که اول مواد اولیه را وارد راکتور می کنند و پس از مشاهده واکنش در زمان مشخص ،موادی  که واکنش نشان نداده اندرا خارج می کنند. سپس تخلیه مواد از راکتور به منظور پاکسازی برای دوره های دیگر واکنش صورت می گیرد.

از ویژگی های راکتور صنعتی ناپیوسته می توان به این که نیاز به سیستم کنترلی کمتری نسبت به سایرین دارد اشاره کرد. ساختار کلی این راکتورها ساده است. راکتورناپیوسته بیشتر در عملیات های شیمیایی طولانی مصرف و استفاده دارد.

راکتور آزمایشگاهی نیمه پیوسته

راکتورآزمایشگاهی نیمه پیوسته تقریبا عملکردی شبیه به راکتور آزمایشگاهی پیوسته دارند و مانند آن ها یک مخزن همزن با تجهیزات مشابه دارند. با این تفاوت که آن ها اصلاح می شوند تا اجازه افزودن مواد واکنش دهنده یا بازسازی محصول را بدهند.

راکتور آزمایشگاهی نیمه پیوسته امکان پرکردن جزنی واکنش دهنده ها همراه با انعطاف پذیری و افزودن  بیشتر با پیشرفت زمان را فراهم می کند.

هم زدن در هر دو نوع بسیار کارآمد است ، که به شما اجازه می دهد راکتورهای پیوسته و نیمه پیوسته ترکیب و درجه حرارت یکنواختی را در کل داشته باشند.

راکتور آزمایشگاهی لوله ای

راکتور لوله ای نوعی از راکتور است که جریان از طریق آن به طور مداوم و معمولاً در حالت پایدار انجام می شود و به گونه ای پیکربندی می شود که تبدیل مواد شیمیایی و سایر متغیرهای وابسته بیشتر از زمان عملکردهای داخل راکتور هستند.

در راکتور لوله ای ایده آل ، مایعات به گونه ای جریان می یابند که گویی شاخه های جامد یا پیستونی هستند و زمان واکنش برای تمام مواد روان در هر سطح مقطع لوله یکسان است. راکتورهای لوله ای در تأمین نیروهای محرکه بالا شبیه راکتورهای ناپیوسته هستند که با پیشرفت واکنش ها در لوله ها کاهش می یابد.

جریان در راکتورهای لوله ای مانند مایعات چسبناک در لوله های با قطر کوچک می تواند آرام باشد و از رفتار ایده آل پلاگین یا آشفته مانند گازها بسیار دور شود. جریان آشفته معمولاً به جریان آرام ترجیح داده می شود ، زیرا اختلاط و انتقال گرما بهبود می یابد. برای واکنش های آهسته و به ویژه در راکتورهای آزمایشگاهی کوچک و گیاهان آزمایشی ، ایجاد جریان آشفته می تواند منجر به راکتورهای ناخوشایند طولانی شود یا ممکن است به نرخ خوراک غیر قابل قبول زیادی نیاز داشته باشد.

راکتورهای صنعتی مخلوط شونده

این نوع راکتور راکتور همزن یا راکتور جریان مخلوط نیز شناخته می شود. این مدل از راکتور صنعتی بسیارمعمول در مهندسی شیمی می باشد.

در این مدل از راکتور ابتدا مواد اولیه وارد راکتور می شوند و پس از مخلوط شدن مواد در راکتور و ماندن مواد برای بازه زمانی مشخصی، از آن خارج می شوند.

استفاده از راکتور مخلوط شونده بیشتر برای زمانی است که یک عملیات شیمیایی نیاز به همزدن شدید داشته باشد است. از ویژگی های راکتور مخلوط شونده کنترل حرارت آسان می باشد.

راکتورهای بستر سیال

راکتور بستر سیال  نوعی دستگاه راکتور صنعتی است که می تواند برای انجام انواع واکنشهای شیمیایی چند فاز مورد استفاده قرار گیرد. در این نوع راکتورها ، یک مایعات (گاز یا مایع) از یک ماده دانه ای جامد (معمولاً کاتالیزوری که احتمالاً به شکل کره های ریز شکل گرفته است) با سرعت کافی بالا عبور می کند تا جامد را معلق کرده و باعث شود مانند مایع رفتار کند.

این فرآیند که به سیال سازی معروف است ، مزایای مهم بسیاری را به راکتورمی بخشد. در نتیجه ، از راکتور بستر سیال برای بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می شود.

راکتور آزمایشگاهی

راکتور آزمایشگاهی محفظه ای است که دانشمندان از آن برای انجام کنترل شده واکنش های شیمیایی استفاده می کنند. این راکتور با فراهم کردن محیطی مناسب از نظر دما، فشار و سایر پارامترها، به مولکول ها اجازه می دهد تا به راحتی با هم برخورد کرده و واکنش انجام دهند.

انواع راکتورهای آزمایشگاهی

راکتورهای آزمایشگاهی در انواع مختلفی با جنس، اندازه و قابلیت های متفاوت تولید می شوند. انتخاب نوع راکتور مناسب به نوع واکنش شیمیایی، حجم مواد درگیر در واکنش و نیازهای خاص هر آزمایش بستگی دارد.

راکتور شیشه ای آزمایشگاهی

راکتور شیشه ای یکی از رایج ترین انواع راکتورهای آزمایشگاهی است. این راکتور به دلیل شفافیت بدنه، امکان مشاهده بصری مواد در حال واکنش را فراهم می کند. راکتور شیشه ای در حجم های مختلفی تولید می شود و برای طیف وسیعی از واکنش های شیمیایی مناسب است. اما نکته قابل توجه این است که راکتور شیشه ای در برابر فشار و دمای بالا مقاومت کمتری دارد.

راکتور جداره دوقلو

راکتور جداره دوقلو از دو لایه شیشه ای که بین آنها یک لایه خلاء وجود دارد، تشکیل شده است. این ساختار، راکتور را در برابر تغییرات ناگهانی دما و فشار مقاوم می کند و امکان کنترل دقیق دمای واکنش را فراهم می کند. راکتور جداره دوقلو برای واکنش های شیمیایی که نیاز به گرمایش یا سرمایش دقیق دارند، مناسب است.

راکتور راكتور پایلوت

راکتور راكتور پایلوت راکتوری در مقیاس بزرگتر از راکتورهای آزمایشگاهی معمولی است. این راکتور برای شبیه سازی واکنش های شیمیایی در مقیاس صنعتی و قبل از انتقال آنها به خط تولید، استفاده می شود. راکتور راكتور پایلوت به دانشمندان کمک می کند تا از صحت و کارایی واکنش در مقیاس بزرگ اطمینان حاصل کنند.

راکتور مایکروسیال

راکتور مایکروسیال راکتوری در ابعاد بسیار کوچک است که از کانال های میکروسکوپی برای انجام واکنش های شیمیایی استفاده می کند. این راکتور مزایای زیادی از جمله مصرف کمتر مواد، تولید ضایعات کمتر و سرعت واکنش بالا دارد. راکتور مایکروسیال برای انجام واکنش های حساس و پیچیده که نیاز به دقت بالایی دارند، مناسب است.

راکتور تحت فشار آزمایشگاهی

 این نوع راکتورها برای انجام واکنش‌های شیمیایی تحت فشار در مقیاس کوچک و آزمایشگاهی استفاده می‌شوند. این راکتورها معمولاً دارای قابلیت کنترل دما، فشار، و سرعت مخلوط‌کردن مواد هستند.

راکتور استیل آزمایشگاهی

 این نوع راکتورها از جنس استیل بوده و برای انجام واکنش‌های شیمیایی و فیزیکی در شرایط مختلف شامل دما، فشار، و مواد شیمیایی مختلف استفاده می‌شوند. راکتورهای استیل آزمایشگاهی معمولاً دارای مقاومت بالا در برابر شیمیایی‌ها و دما هستند.

راکتور اتوکلاو آزمایشگاهی

 این نوع راکتورها به عنوان یک نوع خاص از راکتورهای تحت فشار استفاده می‌شوند که برای انجام واکنش‌های شیمیایی در شرایط فشار و دمای بالا مناسب هستند. این راکتورها برای تحقیقات پیشرفته و واکنش‌هایی که نیاز به شرایط سخت دما و فشار دارند، استفاده می‌شوند.

درون یک راکتور چه خبر است؟

راکتور آزمایشگاهی از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظیفه ای خاص را بر عهده دارند. اجزای اصلی یک راکتور آزمایشگاهی عبارتند از:

محفظه واکنش

محفظه واکنش فضایی است که مواد در حال واکنش در آن قرار می گیرند. جنس این محفظه

سیستم گرمایش/سرمايش

سیستم گرمایش/سرمايش وظیفه دارد که دمای واکنش را در حد مطلوب نگه دارد.

همزن

همزن وظیفه دارد که مواد را در داخل راکتور به طور مداوم مخلوط کند.

سیستم ورودی/خروجی

سیستم ورودی/خروجی وظیفه دارد که مواد اولیه را به داخل راکتور وارد کند و محصولات واکنش را از آن خارج کند.

سیستم کنترل

سیستم کنترل وظیفه دارد که دما، فشار، سرعت همزن و سایر پارامترهای واکنش را تنظیم و پایش کند.

انتخاب راکتور آزمایشگاهی

انتخاب راکتور آزمایشگاهی مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله:

• نوع واکنش شیمیایی
• حجم مواد درگیر در واکنش
• دما و فشار مورد نیاز واکنش
• جنس راکتور و مقاومت آن در برابر خوردگی
• امکانات کنترلی و سیستم ایمنی

نگهداری اصولی، طول عمر بالا

راکتور آزمایشگاهی دستگاهی است که برای انجام واکنش های شیمیایی دقیق و حساس به کار می رود.

• تمیزی راکتور
• بازرسی دوره ای
• کالیبراسیون سیستم کنترل

سوالات متداول

1. راکتور آزمایشگاهی چیست؟

راکتور آزمایشگاهی محفظه ای است که برای انجام واکنش های شیمیایی کنترل شده در آزمایشگاه استفاده می شود. این راکتور با فراهم کردن محیطی مناسب از نظر دما، فشار و سایر پارامترها، به مولکول ها اجازه می دهد تا به راحتی با هم برخورد کرده و واکنش انجام دهند.

2. چه نوع راکتورهای آزمایشگاهی وجود دارد؟

راکتورهای آزمایشگاهی در انواع مختلفی با جنس، اندازه و قابلیت های متفاوت تولید می شوند. رایج ترین انواع راکتورهای آزمایشگاهی عبارتند از:

• راکتور شیشه ای: برای طیف وسیعی از واکنش های شیمیایی مناسب است، اما در برابر فشار و دمای بالا مقاومت کمتری دارد.
• راکتور جداره دوقلو: برای واکنش های شیمیایی که نیاز به گرمایش یا سرمایش دقیق دارند، مناسب است.
• راکتور راكتور پایلوت: برای شبیه سازی واکنش های شیمیایی در مقیاس صنعتی قبل از انتقال آنها به خط تولید، استفاده می شود.
• راکتور مایکروسیال: برای انجام واکنش های حساس و پیچیده که نیاز به دقت بالایی دارند، مناسب است.

3. چگونه راکتور آزمایشگاهی مناسب را انتخاب کنیم؟

انتخاب راکتور آزمایشگاهی مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله:

• نوع واکنش شیمیایی
• حجم مواد درگیر در واکنش
• دما و فشار مورد نیاز واکنش
• جنس راکتور و مقاومت آن در برابر خوردگی
• امکانات کنترلی و سیستم ایمنی

4. چگونه از راکتور آزمایشگاهی به درستی استفاده کنیم؟

برای استفاده از راکتور آزمایشگاهی باید نکته های زیر را رعایت کنید:

• دستورالعمل استفاده از دستگاه را به دقت مطالعه کنید.
• از تجهیزات ایمنی مناسب مانند عینک، دستکش و روپوش استفاده کنید.
• قبل از شروع واکنش، راکتور را به طور کامل تمیز کنید.
• مواد اولیه را به درستی اندازه گیری و به راکتور اضافه کنید.
• دمای، فشار و سرعت همزن را مطابق با دستورالعمل تنظیم کنید.
• در طول واکنش، راکتور را به طور مداوم پایش کنید.
• پس از اتمام واکنش، راکتور را به طور کامل تمیز و ضدعفونی کنید.

5. نکات ایمنی هنگام استفاده از راکتور آزمایشگاهی چیست؟

• از راکتور آزمایشگاهی فقط برای انجام واکنش های شیمیایی مجاز استفاده کنید.
• از راکتور در شرایطی که ترک خورده یا آسیب دیده است استفاده نکنید.
• مواد شیمیایی خطرناک را با احتیاط و طبق دستورالعمل های ایمنی حمل کنید.
• در صورت نشت مواد شیمیایی، اقدامات لازم را برای پاکسازی و خنثی سازی آنها انجام دهید.
• در صورت بروز هرگونه مشکل، فوراً از آزمایشگاه خارج شوید و به مسئولین اطلاع دهید.

6. قیمت راکتورهای آزمایشگاهی چقدر است؟

قیمت راکتورهای آزمایشگاهی به عوامل مختلفی بستگی دارد مانند:

• نوع
• ظرفیت
• برند
• امکانات

7. راکتورهای آزمایشگاهی را از کجا می توان تهیه کرد؟

راکتورهای آزمایشگاهی را می توان از محل های زیر تهیه کرد.

• فروشگاه های تجهیزات آزمایشگاهی
• وب سایت های تخصصی
• شرکت های تولید کننده تجهیزات آزمایشگاهی

8. راکتورهای آزمایشگاهی چه کاربردهایی دارند؟

راکتورهای آزمایشگاهی کاربردهای بسیار متنوعی در زمینه های مختلف علمی و تحقیقاتی دارند. از جمله این کاربردها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سنتز مواد شیمیایی جدید
• مطالعه واکنش های شیمیایی
• تولید داروها
• تصفیه آب و فاضلاب
• بازیافت مواد

9. راکتورهای آزمایشگاهی چگونه کار می کنند؟

راکتورهای آزمایشگاهی با فراهم کردن محیطی مناسب از نظر دما، فشار و سایر پارامترها، به مولکول ها اجازه می دهد تا به راحتی با هم برخورد کرده و واکنش انجام دهند.

• محفظه واکنش: فضایی است که مواد در حال واکنش در آن قرار می گیرند.
• سیستم گرمایش/سرمايش: وظیفه دارد که دمای واکنش را در حد مطلوب نگه دارد.