راکتور شیمیایی

رآکتور شیمیایی. رآکتور شیمیایی یا واکنش گاه شیمیایی[ واژه نامه ۱] وسیله ای است که در آن واکنش های شیمیایی انجام می شود و طی آن مواد اولیهٔ خام به محصولات مورد نیاز تبدیل می شوند.
طراحی و بهره برداری از رآکتورهای شیمیایی از جمله مهم ترین وظایف متخصصین صنایع شیمیایی از جمله مهندسین شیمی است. طراحی رآکتور شیمیایی نیازمند شناخت درست از واکنش شیمیایی انجام گرفته در رآکتور است. برای این منظور تسلط بر علومی چون ترمودینامیک شیمیایی، سینتیک شیمیایی و ریاضیات ضروری است.
رآکتورهای شیمیایی می توانند در ابعاد بزرگ و برای مصارف صنعتی یا در ابعاد کوچک جهت کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی ساخته و تولید شوند. همچنین جنبه های اقتصادی نیز بر طراحی بهینهٔ رآکتور تأثیرگذار است. از جمله صرف هزینهٔ کمتر برای طراحی رآکتور کاراتر و کوچک تر، صرف انرژی کمتر برای تولید محصول بیشتر، رساندن مواد اولیه به بیشترین درصد تبدیل و بالا بردن راندمان فرایند و ….
در طراحی رآکتورها پارامترهای زیادی از جمله: زمان اقامت ( τ ) ، حجم ( V ) ، دما ( T ) ، فشار ( P ) ، غلظت گونه های شیمیایی ( C۱, C۲, C۳, . . . , Cn ) ، ضریب انتقال حرارت ( U, h ) ، سرعت واکنش ( r ) و … دخالت دارند. رآکتورهای شیمیایی بر اساس نوع واکنش و موارد کاربرد در اشکال مختلف و با جزئیات خاص طراحی می شوند که پیچیدگی آن ها را زیاد می کند. اما می توان رآکتورها را در چند دستهٔ بزرگ و کلی از جمله رآکتورهای پیوسته و ناپیوسته، رآکتورها سیال بستر یا ثابت بستر، رآکتورهای لوله ای و مخزنی یا رآکتورهای همگن و ناهمگن، طبقه بندی کرد. رفتار رآکتورها معمولاً با معادلاتی موسوم به معادلهٔ رآکتور مطرح می شود که برای گونه های مختلف رآکتور متفاوت بوده و رابطهٔ ریاضیاتی بین پارامترهای مؤثر در رآکتور را بیان می کند.
واکنش شیمیایی فرآیندی است که طی آن یک یا چند ماده به مواد دیگر تبدیل می شوند. مواد اولیه موادی با ارزش اقتصادی کمتر می باشند و در عوض محصولات موادی با ارزش بالاتر است. درک سینتیک و سازوکار واکنش یکی از نکات مهم در طراحی رآکتورهای صنعتی است. معادله سرعت، تعادلی بودن یا نبودن، فاز مواد درگیر در واکنش ( جامد، مایع، گاز ) ، گرماگیر یا گرماده بودن و همچنین اثر کاتالیزور بر واکنش، از جمله مهم ترین نکاتی است که در طراحی رآکتور حائز اهمیت است. [ ۱]
سینتیک واکنش شیمیایی عبارت است از بررسی سازوکار انجام یک واکنش شیمیایی. علم سینتیک شیمیایی به طور کامل به نحوه انجام واکنش، واکنش های جانبی، مواد واسط تولیدی و بسیاری از جزئیات یک واکنش می پردازد. سرعت واکنش و بستگی آن به غلظت گونه های درگیر در واکنش با استفاده از رابطه ای به نام معادله سرعت[ واژه نامه ۲] بیان می شود. به طور کلی تغییر غلظت[ واژه نامه ۳] گونه ای موجود در واکنش در واحد زمان را سرعت واکنش نسبت به آن ماده تعریف می کنند مثلاً برای واکنش ساده A → B معادله سرعت به صورت زیر است که واکنشی از نوع درجه اول محسوب می شود:[ ۲]