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.