رآکتورهای شیمیایی تجهیزات فرآیندی هستند که مواد شیمیایی به عنوان خوراک وارد آنها می شوند تا برای ایجاد محصول مورد نظر با یکدیگر واکنش شیمیایی انجام دهند. رآکتورهای شیمیایی به گونه ای طراحی شده اند که ارزش خالص فعلی را برای یک واکنش معین افزایش دهند و برای تولید محصول مورد نظر با بالاترین بازده بکار گرفته شوند.  

انواع رآکتورهای شیمیایی

• رآکتور ناپیوسته
• رآکتور مخزن هم زده پیوسته (C.S.T.R)
• رآکتور جریان پلاگ (P.F.R)
• رآکتور نیمه پیوسته

رآکتور ناپیوسته

رآکتور ناپیوسته یک مخزن بسته است که در آن واکنش ها اتفاق می افتند و یک نوع رآکتور غیر مداوم است. در ابتدا واکنش دهنده ها هم زمان وارد رآکتور می شوند. رآکتور دارای همزن است. هدف از همزن مخلوط کردن کامل واکنش دهنده ها است به طوری که این تماس باعث شود آنها به طور موثر با یکدیگر واکنش دهند و محصولات تولید گردند.

به منظور کنترل واکنش های گرمازا، اغلب رآکتور ناپیوسته مجهز به کویل خنک کننده است. به منظور کنترل واکنش های گرماگیر، رآکتور ناپیوسته برای گرم کردن مخلوط واکنش، تجهیزاتی دارد.

رآکتور ناپیوسته یک رآکتور غیرپایدار و در حال گذرا است. این بدان معنی است که میزان تبدیل درون رآکتور به زمان بستگی دارد. به دلیل وجود همزن، رآکتور ناپیوسته از نظر ماهیت بسیار یکنواخت است. این بدان معناست که میزان تبدیل به مکان درون رآکتور بستگی ندارد. در یک زمان مشخص میزان پیشرفت واکنش در هر نقطه از حجم رآکتور برابر با یکدیگر خواهد بود.

مزایا

بزرگترین مزیت عملکردی یک رآکتور ناپیوسته انعطاف پذیری آن است. از یک رآکتور ناپیوسته می توان برای واکنش شیمیایی مواد مختلف استفاده کرد. رآکتورهای ناپیوسته به ویژه در مواردی که واکنش محصولات زیادی تولید می کند، استفاده می شود. رآکتورهای ناپیوسته اغلب در آزمایشگاه ها برای مطالعه سینتیک واکنش در فاز مایع استفاده می شوند.

معایب

عیب رآکتور ناپیوسته این است که برای شارژ مداوم واکنش دهنده ها، تخلیه محصولات و سپس تمیز کردن رآکتور برای شارژ بعدی، به نیروی کار زیادی احتیاج دارد.

رآکتور مخزن هم زده پیوسته (C.S.T.R)

رآکتور مخزن هم زده پیوسته (C.S.T.R) همچنین اغلب رآکتور جریان مخلوط (M.F.R) نامیده می شود. در این رآکتور نیز واکنش در یک مخزن بسته رخ می دهد. همچنین مخزن دارای همزن است تا واکنش دهنده ها را کاملاً مخلوط کند. این رآکتور با رآکتور ناپیوسته متفاوت است همان طور که نام آن نشان می دهد از نوع تجهیزات پیوسته است.

واکنش دهنده ها با سرعت جرمی مشخصی وارد رآکتور می شوند، واکنش درون مخزن توسط زمان ماند در رآکتور الزام می شود و محصولات تشکیل می گردند. محصولات با همان سرعت جریان جرمی از رآکتور خارج می شوند. زمان ماند، زمان مورد نیاز برای فرآیند در یک حجم معین رآکتور است.

رآکتور نوع C.S.T.R تجهیزی از نوع جریان پایا است. این بدان معناست که میزان تبدیل واکنش به زمان بستگی ندارد. همزن باعث می شود غلظت در سراسر رآکتور یکنواخت باشد. این بدان معنی است که میزان تبدیل به مکان نیز بستگی ندارد. میزان تبدیل به حجم رآکتور بستگی دارد. این رآکتورهای شیمیایی در صنعت کاربرد بسیار زیادی دارند.

مزایا

بزرگترین مزیت استفاده از C.S.T.R در صنایع این است که می تواند مقدار زیادی محصول تولید کند و به عنوان یک رآکتور مداوم پایا، این رآکتور می تواند ساعت های طولانی کار خود را ادامه دهد.

معایب

عیب این رآکتور این است که C.S.T.R نمی تواند برای واکنشهایی که سینتیک بسیار آهسته ای دارند استفاده شود زیرا به یک رآکتور با حجم بسیار زیاد احتیاج است. ساخت و هزینه عملیاتی برای این نوع رآکتور ممکن است آن را غیرقابل اجرا کند. در این مورد از رآکتور ناپیوسته استفاده می شود.

رآکتور جریان پلاگ (P.F.R)

یک رآکتور جریان پلاگ (P.F.R) گاهی اوقات رآکتور لوله ای مداوم (C.T.R) نیز نامیده می شود. در یک مدل ایده آل، پروفایل مخلوط واکنش را می توان حاصل از تعدادی از پلاگ ها در نظر گرفت که هر یک از این پلاگ ها دارای غلظت یکنواختی هستند.

مدل P.F.R ایده آل این فرض را دارد که هیچ اختلاط محوری در آن وجود ندارد. این بدان معناست که هیچ اختلاطی در داخل رآکتور وجود ندارد.

مزایا

مزیت PFR نسبت به CSTR این است که برای همان زمان ماند و همان سطح تبدیل، حجم PFR نسبتاً کوچکتر از CSTR است، این بدان معنا است که فضای کمتری برای این رآکتور نیاز است همچنین برای همان حجم رآکتور، سطح تبدیل در رآکتور PFR از رآکتور CSTR بیشتر است.  اغلب از P.F.R برای مطالعه سینتیک واکنشهای کاتالیزوری در فاز گاز استفاده می شود.

معایب

نقطه ضعف این است که اگر ما یک واکنش گرمازا را در یک P.F.R انجام دهیم، کنترل تغییرات دما دشوار است. هزینه عملیاتی و نگهداری یک P.F.R نیز بیشتر از C.S.T.R است.

رآکتور نیمه پیوسته

رآکتور نیمه پیوسته یک رآکتور نیمه جریانی است. این رآکتور یک رآکتور ناپیوسته اصلاح شده است. این رآکتور نیز همچنین یک مخزن بسته است که به منظور مخلوط کردن کامل واکنش دهنده ها دارای همزن است. تفاوت در این است که یکی از واکنش دهنده ها بطور کامل در رآکتور شارژ می شود و واکنش دهنده دیگر با گذشت زمان به طور مداوم به رآکتور شارژ می شود.

مزایا

مزیت استفاده از رآکتور نیمه پیوسته این است که اگر در حال انجام واکنش های متعدد هستیم، کنترل بیشتری بر عملکرد یا انتخاب محصولات داریم. این رآکتور هنگام انجام یک واکنش گرمازا بسیار مفید است زیرا جریان مداوم واکنش دهنده دیگر برای کنترل بهتر واکنش گرمازا می تواند تغییر کند.

معایب

اگر بخواهیم فرآیند نیمه پیوسته را در مقیاس بزرگ اجرا کنیم، عیب آن نسبت به رآکتورهای فرآیند مداوم (C.S.T.R و P.F.R) این است که هزینه های سرمایه گذاری در هر واحد نسبتاً زیاد می شود. برای شارژ و تخلیه محتویات رآکتور، تمیز کردن تیغه ها، تمیز کردن رآکتورها و غیره به نیروی انسانی بیشتری نیاز است.