راکتورها
راکتور شیمیایی
راکتور شیمیایی دستگاهی است که در آن واکنش یا واکنش های شیمیایی نظیر تبدیل، ترکیب یا تجزیه به منظور تولید مواد مورد نظر انجام می شود. طبق قرارداد دستگاهی که درآن واکنش سوختن به منظور تولید انرژی انجام می شود، راکتور نیست.
تقسیم بندی راکتورها
۱) راکتورهای تک فازی:
در این راکتورها واکنش در فاز گاز یا در فاز مایع انجام می شود.
۲) راکتورهای چند فازی:
در این راکتورها واکنش میان فازهای گاز و مایع یا میان دو فاز مایع یا میان فازهای سیال و جامد انجام می شود.
- تقسیم بندی دیگر راکتورها براساس نوع عملیات آن ها است. این تقسیم بندی به شکل زیر است:
۱) راکتورهای ناپیوسته (Batch Reactors) :
در این راکتورها مواد اولیه به مقدار معین وارد راکتور می شود، در زمان مشخص واکنش انجام می گیرد و سپس محصول از راکتور خارج می شود.
مثل راکتور تولید پلی کلرید وینیل(PVC) از طریق پلیمر کردن کلرید وینیل
۲) راکتورهای پیوسته یا جریان پایدار(Continuous or Steady Flow Reactors) :
در این نوع راکتورها، مواد اولیه به طور دائم وارد راکتور می شود و پس از انجام واکنش محصول، پیوسته از راکتور خارج می شود.
مثل راکتور تولید آمونیاک از طریق واکنش میان گازهای هیدروژن و نیتروژن
۳) راکتورهای نیمه پیوسته (Semi Batch Reactors) :
این نوع راکتورها دارای انواع متنوعی هستند. در نوع متداول آن یکی از مواد اولیه ابتدا در داخل راکتور بارگیری و سپس به تدریج ماده یا مواد اولیه دیگر به آن اضافه می شود.
مثل راکتور هیدروژن دار کردن روغن مایع به منظور اشباع آن و تولید روغن جامد
بدنه راکتور
برای انجام واکنش های شیمیایی علاوه بر واکنش گرها، احتیاج به فضایی داریم تا واکنش در آن انجام شود. در این فضا امکان کنترل شرایط و به دست آوردن محصولات مورد نظر فراهم می شود. فضای مورد بحث به نام راکتور شناخته میشود که بسته به شرایط عملیاتی و نوع فرایند، شکل و ویژگی های آن متغیر است. به عبارت ساده تر شکل راکتور لزوما به صورت مخزنی ساده نمی باشد و بسته به طراحی ممکن است دارای تجهیزات بیرونی و داخلی مختلفی باشد که همین امر باعث تنوع گسترده ای در شکل ظاهری راکتور ها میشود. اما به طور کلی و فارغ از انتخاب شکل ظاهری راکتور می توان به ذکر مواردی کلی در مورد بدنه راکتور ها پرداخت. از جمله این موارد قطر و ارتفاع راکتور و ضخامت ورق به کار رفته در بدنه آن است. هرچه فشار عملیاتی بیشتر باشد، ضخامت بدنه بیشتر شده و به نسبت قطر آن نیز کمتر میشود. اما ضخامت را تا حدی مشخص می توان زیاد کرد. در بعضی مواقع مانند راکتور LDPE که فشار عملیاتی آن 2500 برابر فشار جو است، علاوه بر در نظر گرفتن ضخامت زیاد برای بدنه، برای ایمنی بیشتر یک دیواره بت نی نیز در اطراف راکتور احداث گردیده است. در طراحی بدنه راکتور علاوه بر موارد فوق باید برای تجهیزات مختلفی مانند محل نازل های ورودی و خروجی، مسیر های تخلیه، مکان های نمونه گیری مسیرهای دسترسی به داخل راکتور و یا ManHole دریچه های چشمی، تجهیزات ابزار دقیق و ایمنی و ... که می توانند دارای آرایش های گوناگون باشند مکانی در نظر گرفته شود. در راکتور های دارای همزن باید برای رد شدن shaft نیز محلی در نظر گرفته شودو راهکارهایی برای آب بندی آن نیز ارائه گردد. در راکتور LDPE ذکر شده در بالا هیچ ماده ای وجود ندارد که در این فشار بالای عملیاتی بتواند راکتور را آب بندی کند پس در نتیجه کل قطعات همزن را به همراه موتور الکتریکی داخل راکتور قرار می دهند. لازم به ذکر است که در ساخت بدنه راکتور از مواد گوناگونی استفاده میشود که معمول ترین آن ها فلزات هسنتد که بسته به شرایط طراحی و فاکتور قیمت، فلزاتی مانند آهن، فولاد ضد زنگ، کربن استیل و تیتانیوم در بدنه راکتور به کار می روند. در بعضی مواقع برای کاهش قیمت، بدنه را از دو جنس می سازند به عنوان مثال می توان بدنه را از جنس کربن استیل انتخاب کرده و جداره داخلی آن را با ورقه ای از فولاد ضد زنگ پوشاند. در ضمن در شرایط خورندگی شدید میتوان از فلزات با آستر شیشه ای نیز در ساخت بدنه راکتور استفاده کرد. یکی دیگر از نکات مهم در عملیات راکتور صیقلی بودن جداره داخلی راکتور باید کاملا صاف و بدون خراشیدگی یا حفره یا برجستگی باشد، زیرا صیقلی نبودن روی خواص محصول به خصوص پلیمر ها تاثیر منفی دارد.
بدنه راکتور ممکن است خود نقش کاتالیزور واکنش را ایفا کند مانند راکتور HDA با هیدرودی آلکیلاسیون که درآن فولاد ضد زنگ به کار رفته در بدنه کاتالیزور واکنش بین مخلوط تولوئن، بنزن و هیدروژن شده و محصول با خلوص تقریبی 100 درصد از راکتور خارج می شود.
همزن راکتور
یکی از راه های دستیابی به اختلاط مناسب در راکتور ها استفاده از همزن یا mixer است. mixer از اجزای متفاوتی شامل Impeller ، Shaft ، Shaft Seal ،Gearbox تشکیل شده است. حرکت دورانی لازم توسط موتور الکتریکی تامین شده و از طریق شفت به پره ها منتقل میشود. پره ها نیز با حرکت دورانی خود در ظرف محتوی واکنش گر ها تلاطم ایجاد کرده و باعث مخلوط شدن آن ها می شوند. Gearbox نیز سرعت دوران همزن را که معمولا بین 37 تا 360 دور بر دقیقه متغیر است ، کنترل می‌کند. از Mixer هم در راکتور های تانکی و هم در راکتور های لوله ای استفاده میشود با این تفاوت در که در راکتور های تانکی شفت موازی محور عمودی تانک و در راکتور های لوله ای شفت موازی محور افقی راکتور نصب میشود. امکان نصب پره های همزن راکتور در پایین همزن نیز وجود دارد به همین دلیل در برخی طراحی ها به دلیل جلوگیری از زیاد شدن طول شفت از این روش استفاده میشود.
برای طراحی و ساخت راکتور استاندارد دقیقی وجود ندارد. طراحی راکتور مراحل مختلفی دارد. طراحی همزن یا ایمپلر مناسب و دور چرخش با در نظر گرفتن ویسکوزیته مواد واکنش دهنده داخل راکتور انجام میشود. ضخامت مخزن با استاندارد ASME و با توجه به فشار کاری و حجم راکتور محاسبه میشود. تجهیزات حرارتی نیز با توجه به مقدار و دبی مواد مورد استفاده در واکنش طراحی میشود. دیگر تجهیزات مورد استفاده مانند شیرآلات و فلومتر و ... با میزان تولید و نوع واکنش قابل طراحی است.
