راکتور (واکنش گاه) شیمیایی(chemical reactor) دستگاهی است که در آن واکنشهای شیمیایی(chemical reactions) ازقبیل تبدیل, ترکیب, یا تجزیه به منظور تولید ماده مورد نظر صورت می گیرد.طبق قرارداد, دستگاه در بردارنده واکنش سوختن به منظور تولید انرژی ,راکتور محسوب نمیشود.

عواملی چون دما ,فشار ,غلظت(concentration) ,اختلاط(mix) و . . . در انجام و سرعت یک واکنش دخیل می باشند. از این رو در طراحی راکتورهای شیمیایی از اصول مکانیک سیالات, ترمو دینامیک, انتقال حرارت ,انتقال جرم و سینتیک واکنشهای شیمیایی بهره گیری می شود.
   

 به دلیل انجام بعضی واکنشهای ناخواسته یا وجود مقداری از مواد اولیه با محصول راکتور, امکان عرضه مستقیم محصول به بازار مهیا نیست.برای تحقق این امر انجام بعضی عملیات فیزیکی چون جداسازی , خالص سازی . . . برروی محصول ضروریست.به دلیل اهمیت و حساسیت عملیات شیمیایی صورت یافته در راکتورها, اقدام به تاسیس گرایشی با عنوان طراحی راکتور های شیمیایی در مهندسی شیمی شده است.
در این گرایش مهندس طراح با نظریات بنیادی تحلیل فرآیند, طراحی تجهیزات و ارزیابی اقتصادی و بهینه سازی آنها آشنا می شود, تا با تلفیقی منطقی توانمندی ارایه مدل(الگوی)ریاضی یک راکتور شیمیایی را پیدا نماید.

براساس دیدگاههای متفاوت تقسیم بندی گوناگونی برای راکتورهای شیمیایی انجام شده است.اولین تقسیم بندی مربوط به طراحی راکتورهاست.

 

 

راکتور سر ثابت(fixed bed reactor )         
   

 در این راکتور, کاتالیزور در یک بستر ثابت (fixed bed) قرار دارد, و واکنشگرها از درون آن عبور داده می شوند.معمولا بصورت استوانه ای بزرگ و مجهز به پوشش (jacket) مناسب جهت تامین گرمایش یا سرمایش مورد نیاز ساخته می شوند.
 راکتورهای بستر ثابت در واقع همان راکتورهای لوله ای پر شده از دانه های جامد کاتالیزور هستند . 

    واکنش های غیر متجانس از نوع گازی و کاتالیزوری دراین نوع راکتورها انجام می گیرد  از معایب این نوع راکتورها مشکل کنترل حرارتی و مشکل جایگزینی کاتالیزور بعد از غیر فعال شدن آن می باشد.

     همچنین بعضی اوقات پدیده کانالیزه شدن مواد گازی در حین عبور از درون راکتور باعث کاهش زمان اقامت لازم برای انجام واکنش می شود که این خود یکی دیگر از محدودیت های این نوع راکتور می باشد. امتیاز این نوع راکتورها،درصد تبدیل بالای آن در واحد وزن کاتالیزور مصرف شده در مقایسه با سایر راکتورهای کاتالیزوری می باشد. از دیگر مزایای این راکتور قیمت پایین تر آن نسبت به راکتور های مشابه مخصوصاً راکتور بستر سیال می باشد.

 

راکتورهای بستر سیال

  در این راکتور ذرات کاتالیزور بصورتی معلق در یک سیال قرار دارند.واکنشگرها در برخورد با ذرات سیالیده (fluidized) , واکنش مورد نیاز را انجام می دهند.سیالیت ذرات کاتالیزور منجر به خروج آنها با جریان محصول می شود, به همین دلیل توسط جداکننده های سیکلونی از سیال خروجی جدا شده و پس از احیا مجددا مورد اسفاده قرار می گیرند.              در راکتور بستر سیال همانند راکتور مخلوط شونده، محتویات داخل راکتور اگرچه غیرمتجانس می باشند ولی به خوبی با یکدیگر مخلوط شده و باعث توزیع یکنواخت دما در تمام نقاط راکتور می گردند.

به دلیل توزیع مناسب حرارت در داخل این راکتورها مشکل نقاط داغ وجود ندارد. به دلیل ظرفیت بالا و کنترل حرارت خوب ، این نوع راکتورها، کاربرد صنعتی زیادی پیدا کرده اند. از امتیازات برجسته این راکتورها سهولت احیا و جایگزین کردن کاتالیزور می باشد.

 

مزایا و معایب بسترهای سیال برای عملیات صنعتی مزایا عبارتند از

1- جریان ملایم و مایع مانند ذرات اجازه می دهد که عملیات به صورت اتوماتیک و به طور ساده کنترل شود.

2- سادگی واطمینان سریع مخلوط شدن جامدات باعث ایجاد شرایط یکنواخت وجلوگیری از ایجاد نقاط داغ کنترل می شود.

3- در مقابل تغییرات سریع به آرامی عملکرد نشان می دهد.

4-حرارت تولید شده یا مورد گردش ذرات جامد بین دوبستر سیال امکان برداشت یا اضافه کردن مقدار زیادنیاز راکتورهای بزرگ را فراهم می کند.

5-برای عملیات در مقیاس بزرگ مناسب هستند.

6- در مقایسه با سایر روش های تماس، سرعت انتقال جرم و حرارت بالاست.

7-شدت انتقال حرارت بالا می باشد،در نتیجه سطح انتقال حرارت کمتری نیاز است.

 

معایبشان عبارتند از

1-برای بسترهای حبابی شامل ذرات ریز،نحوه جریان گاز وانحراف از حالت ایده آل باعث بهره پایین تماس می گردد.

2-زمان اقامت دانه های جامد کاتالیست متفاوت است.این موضوع به علت مخلوط شدن ذرات در بستروخروج تصادفی آن ها می باشد.این موضوع باعث غیر یکنواخت کاتالیست در احیا کننده فراوری می شودکه نتیجه آن کم شدن بهره عملکرد است.

3-ذرات شکننده،خردشده،توسط گاز به بیرون حمل میشوند که بایستی جایگزین شوند.

4-خوردگی لوله هاوظروف به وسیله اصطکاک باذرات می تواند جدی باشد.

 

مزایای اقتصادی قابل توجه بستر سیال عامل اصلی استفاده موفقیت آمیز این دستگاه در صنعت می باشد.اما چنین موفقیتی بستگی به شناخت وفائق آمدن بر معایبشان دارد.

 

راکتورهای کاتالیزوری بابستر متحرک:

در این راکتور ذرات کاتالیزور بر اثر نیروی وزن دارای سقوط آرامی در سیال می باشند.این ساز و کار منجربه ایجاد بستری متحرک و پویا در درون راکتور می شود.عبور واکنشگرها از چنین بستری فرصت لازم را برای واکنشهای کندتر مهیا می سازد.

 

رآکتورهای تک فازی:

در این رآکتورها واکنش در فاز گاز یا در فاز مایع انجام می شود.

رآکتورهای چند فازی: 

در این رآکتورها واکنش میان فازهای گاز و مایع یا میان دو فاز مایع یا میان فازهای سیال و جامد انجام می شود.