واکنش شیمیایی و راکتور شیمیایی

واکنش شیمیایی و راکتور شیمیایی

واکنش شیمیایی و راکتور شیمیایی

واکنش شیمیایی و راکتور شیمیایی……………………………………………………………………………………………………….

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2-2- تعریف واکنش شیمیا یی……………………………………………………………………………………………………………………………………….

2-3- انواع واکنش‌های شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………..

2-3-1- واکنش‌های همگن و غیرهمگن……………………………………………………………………………………………………

2-3-2- واکنش‌های‌ کاتالیزوری و غیرکاتالیزوری…………………………………………………………………………………….

2-3-3- واکنش‌های برگشت‌پذیر و برگشت ناپذیر…………………………………………………………………………………..

2-3-4- واکنش پشت ‌سر هم (سری) و موازی…………………………………………………………………………………………

2-3-5- واکنش‌های گرماگیر و گرمازا………………………………………………………………………………………………………..

2-4- سينتيك و سرعت واكنش شیمیا یی…………………………………………………………………………………………………………………..

2-5- تعریف راکتور شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………

2-5-1- معادله راکتور…………………………………………………………………………………………………………………………………..

2-6- انواع راکتورهای شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………….

2-6-1- راکتورهای پیوسته و ناپیوسته و نیمه‌پیوسته…………………………………………………………………………….

2-6-2- راکتورهای بسترسیال و بسترثابت………………………………………………………………………………………………..

2-6-3- راکتورهای لوله‌ای (پلاگ) و مخزنی با همزن (CSTR)…………………………………………………………….

2-6-4- راکتورهای همگن و ناهمگن………………………………………………………………………………………………………….

2-6-5- راکتورهایی با عملکرد آدیاباتیک و غیرآدیاباتیک………………………………………………………………………

منابع

تعریف واکنش شیمیایی

واکنش شیمیایی به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن ساختار ذره‌های تشکیل دهنده‌ی مواد اولیه‌ی واکنش دچار تغییر می‌شوند؛ یعنی طی آن یک یا چند ماده شیمیایی به یک یا چند ماده شیمیایی دیگر تبدیل می‌گردد. همچنین مهندسی واکنش شیمیایی را می‌توان به عنوان یک فعالیت مهندسی در راستای شناخت واکنش‌های شیمیایی و بهره‌برداری مناسب از آن‌ها تعریف کرد که هدف اصلی آن طراحی و بهینه‌سازی و بهره‌‌برداری از راکتورهای شیمیایی است [3].

  انواع واکنش‌ های شیمیایی

راه‌های متعددی برای تقسیم‌بندی واکنش‌های شیمیایی از نظر نوع و سینتیک وجود دارد و می‌توان  آن‌ها را از دیدگاه متفاوتی تقسیم‌بندی کرد. اما تقسیم‌بندی که برای اهداف مهندسی شیمی در بحث فعل و انفعالات شیمیایی استفاده می‌شود، تقسیم‌بندی بر اساس فاز‌های موجود در واکنش می‌باشد. از این جهت آن‌ها را بطور کلی به دو دسته همگن[1] و غیرهمگن[2] تقسیم می‌نمایند. همچنین نوع دیگری از فعل و انفعالات شیمیایی را که در این تقسیم‌بندی باید مد نظر داشت، دو دسته‌ی واکنش‌های شیمیایی با کاتالیزور[3] و غیرکاتالیزور[4] می‌باشد [4].

همچنین از دیدگاه طراحی تجهیزات و سیستم‌های کنترل فرایند نیز می‌توان واکنش‌های شیمیایی را از یکدیگر مجزا دانست، بدین صورت که واکنش درون راکتور جزء کدام دسته از واکنش‌های برگشت‌پذیر[5] یا برگشت‌ناپذیر[6]، پشت سرهم (واکنش شیمیایی سری)[7] یا همزمان (واکنش شیمیایی موازی)[8] و گرماگیر[9] یا گرمازا[10] می باشد[1]. هر یک از واکنش‌های فوق در ادامه تعریف می‌شوند.

[1] Homogeneous Reaction

[2] Non-Homogeneous Reaction

[3] Catalytic Reaction

[4] Non-Catalytic Reaction

[5] Reversible Reaction

[6] Irreversible Reaction

[7] Consecutive Reaction

[8] Simultaneous Reaction

[9] Endothermic

[10] Exothermic

تعریف راکتور شیمیایی

راکتور شیمیایی یا واکنشگاه شیمیایی وسیله یا محلی است که در آن یک واکنش شیمیایی انجام می‌شود و طی آن مواد اولیه خام به محصولات تبدیل می‌گردند. طراحی راکتور شیمیایی نیازمند شناختی کامل از واکنش شیمیایی انجام گرفته در آن است. از این رو طراحی و بهره‌برداری از راکتورهای شیمیایی از جمله مهمترین وظایف مهندسین شیمی است. در طراحی راکتورها پارامترهای زیادی وجود دارند که طراح می‌تواند در آن‌ها تغییراتی ایجاد کند. از جمله زمان اقامت ()، حجم ()، دما ()، فشار ()، غلظت گونه‌های شیمیایی ()، ضریب انتقال گرما ()، سرعت واکنش ()، دبی مواد ورودی و خروجی () و غیره. اما برخی پارامترها مانند ماهیت واکنش، گرماگیر یا گرماده بودن، ایجاد یا تغییر در حجم مواد، از جمله موارد مربوط به طبیعت واکنش بوده و در اختیار طراح قرار ندارد [4،6،7].

  انواع راکتورهای شیمیایی

راکتورهای شیمیایی می‌توانند در ابعاد مختلف برای مصارف صنعتی یا کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی ساخته شوند. راکتورهای شیمیایی بر اساس نوع واکنش و موارد کاربرد آن‌ها در اشکال مختلف طراحی می‌شوند، که می‌توان آن‌ها را از جهت‌های مختلف دسته‌بندی کرد. اما می‌توان آن‌ها را بطور کلی در چند دسته بدین صورت تقسیم‌بندی کرد؛ از جمله راکتورهای پیوسته[1] یا ناپیوسته[2] یا نیمه‌پیوسته[3]، راکتورهای بسترسیال[4] یا بسترثابت[5]، راکتورهای لوله‌ای[6] یا مخزنی باهمزن[7]، راکتورهای همگن[8] یا ناهمگن[9] و در نهایت راکتورهایی با عملکرد آدیاباتیک[10] یا غیرآدیاباتیک[11].

همانطور که در بخش 2-5 ذکر گردید، رفتار راکتورها را معمولاً با معادلاتی موسوم به معادله راکتور بررسی می‌کنند که برای گونه‌های مختلف راکتور متفاوت است و رابطه‌ی ریاضی بین پارامترهای موثر در راکتور را بیان می‌کند. بدین منظور به توضیحات بیشتر در مورد هر یک از انواع راکتورهای ذکر شده در زیر می‌پردازیم [6،7].

[1] Continuous Reactor

[2] Batch Reactor

[3] Semi-Batch Reactor

[4] Fluidized Bed Reactor

[5] Fixed Bed Reactor

[6] Plug Flow Reactor (PFR)

[7] Continuous-Stirred Tank Reactor (CSTR)

[8] Homogeneous Reactor

[9] Heterogeneous Reactor

[10] Adiabatic Reactor Performance

[11] Non-Adiabatic Reactor Performance

جهت مشاهده نمونه های دیگر از پایان نامه مهندسی برق کلیک کنید.

نمونه فهرست مراجع جهت مطالعه بیشتر واکنش شیمیایی و راکتور شیمیایی

• [1]       مسعود بوجاری، “کنترل پیش بین تطبیقی راکتورهای شیمیایی”، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند 1382.
• [2]       حسین حسن‌پور، “مدل سازی راکتور کاتالیستی هیدروژناسیون استیلن و مقایسه آن با داده‌های تجربی”، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، 1379.
• [3]        Jenny Karpelenia, “Chemical Reactions”, Perfection Learning, 2005.
• [4]      اوکتاو لونسپیل، “طراحی راکتورهای شیمیایی”، ترجمه‌ی مرتضی سهرابی، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیرکبیر، ۱۳۸۴.
• [5]          Peter Atkins and Julio De Paula, “Physical Chemistry”, W.H.Freeman, 8th Edition, U.S.A, 2006.
• [6]          Joe Faulk, “Concise Encyclopedia Of Chemistry”, New York: McGraw- Hill, 2004.
• [7]          Robert H.Perry and Don W.Green, “Perry`s Chemical Engineers`Handbook”, Vol 1&2, New York: McGraw- Hill, 1984.
• [8]          Michael K.Stenstrom and Diego Rosso, “Fundamental Of Chemical Reactor Theory”, University Of California, Los Angeles, 2003.
• [9]          WWW.Controlloopfoundation.com, archive, 2013/11/25.
• [10]        John Metcalfe Coulson and J.F.Richardson, “Coulson & Richardson`s Chemical Engineering”, Vol.3, Chemical and Biochemical Reactors & Process Control, Elsevier, 1994.
• [11]        WWW.Scielo.br, archive, 2013/11/25.
• [12]        Fritz Ullmann, “Ullmann`s Encyclopedia Of  Industrial Chemistry”, Vol.B4, New York: John Wiley & Sons, 2011.
• [13]        WWW.Essentialchemicalindustry.org, archive, 2013/11/25.
• [14]        WWW. Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, archive, 2013/11/30.

 راکتور شیمیایی