مقاله رآکتور شیمیایی

لینک و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..docx) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 15 صفحه

 قسمتی از متن word (..docx) : 
 

‏رآکتور شیمیایی
‏رآکتور شیمیایی‏ یا ‏واکنشگاه شیمیایی[‏واژه‌نامه ۱] ‏وسیله‌ای است که در آن ‏واکنش‌های شیمیایی ‏انجام می‌شود و طی آن مواد اولیه‏ٔ‏ خام به محصولات تبدیل می‌شوند.
‏طراحی و بهره‌برداری از رآکتورهای شیمیایی از جمله مهمترین وظایف متخصصین ‏صنایع شیمیایی ‏از جمله ‏مهندسین شیمی ‏است. طراحی رآکتور شیمیایی نیازمند شناخت درست از واکنش شیمیایی انجام گرفته در رآکتور است و برای این منظور تسلط بر علومی چون ‏ترمودینامیک شیمیایی‏، ‏سینتیک شیمیایی ‏و ‏ریاضیات ‏ضروری است.
‏رآکتورهای شیمیایی می‌توانند در ابعاد بزرگ و برای مصارف صنعتی یا در ابعاد کوچک جهت کاربردهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی ساخته و تولید شوند. ‏همچنین جنبه‌های اقتصادی نیز بر طراحی بهینه‏ٔ‏ رآکتور تأثیر گذار است. از جمله صرف هزینه‏ٔ‏ کمتر برای طراحی رآکتور کاراتر و کوچکتر، 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 {displaystyle tau } )‏، ‏حجم(V)‏، ‏دما(T)‏، ‏فشار(P)‏، ‏غلظت ‏گونه‌های 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 می‌شوند که پیچیدگی آن‌ها را زیاد می‌کند. اما می‌توان رآکتورها را در چند دسته‏ٔ‏ بزرگ و کلی از جمله رآکتورهای پیوسته و ناپیوسته، رآکتورها سیال بستر یا ثابت بستر، رآکتورهای لوله‌ای و مخزنی یا رآکتورهای همگن و ناهمگن، طبقه‌بندی کرد. رفتار رآکتورها معمولاً با معادلاتی موسوم به معادله‏ٔ‏ رآکتور مطرح می‌شود که برای گونه‌های مختلف رآکتور متفاوت بوده و رابطه‏ٔ‏ ریاضیاتی بین پارامترهای مؤثر در رآکتور را بیان می‌کند.
‏مفاهیم واکنش‌های شیمیایی
‏واکنش شیمیایی ‏فرآیندی است که طی آن یک یا چند ماده به مواد دیگر تبدیل می‌شوند. مواد اولیه موادی با ارزش اقتصادی کمتر می‌باشند 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 مهمترین نکاتیست که در طراحی رآکتور حائز اهمیت است.[‏۱]
‏سینتیک واکنش
‏نوشتار اصلی: ‏سینتیک شیمیایی
‏سینتیک واکنش شیمیایی عبارت است از بررسی سازوکار انجام یک واکنش شیمیایی. علم ‏سینتیک شیمیایی ‏به طور کامل به نحوه انجام واکنش، واکنش‌های جانبی، ‏مواد واسط ‏تولیدی و بسیاری از جزئیات یک واکنش می‌پردازد. سرعت واکنش و بستگی آن به ‏غلظت ‏گونه‌های درگیر در واکنش با استفاده از رابطه‌ای به نام ‏معادله سرعت[‏واژه‌نامه ۲] ‏بیان می‌شود. به طور کلی تغییر غلظت[‏واژه‌نامه ۳] ‏گونه‌ای موجود در واکنش در واحد زمان را سرعت واکنش نسبت به آن ماده تعریف می‌کنند مثلاً برای واکنش ساده A → B ‏معادله سرعت به صورت زیر است:[‏۲]
r A = d [ A ] d t {displaystyle r_{A}={frac {d[A]}{dt}}}
‏معادله سرعت واکنش را می‌توان به شکل زیر هم بازنویسی کرد. باید توجه داشت که در معادله زیر علامت منفی به طور قرار دادی نشان دهنده مصرف گونه A {displaystyle A} ‏است. به همین ترتیب برای تولید گونه B {displaystyle B} ‏از علامت مثبت استفاده می‌شود.
− r A = k [ A ] n {displaystyle -r_{A}=k[A]^{n}}
‏در این معادله k {displaystyle k} ‏عددی ثابت است که به «ثابت سرعت واکنش» معروف است و عدد k {displaystyle k} ‏بزرگتر نشان‌دهنده واکنش سریع‌تر است. همچنین n {displaystyle n} ‏میزان بستگی سرعت واکنش به غلظت A {displaystyle A} ‏را نشان می‌دهد که به درجه واکنش نسبت به گونه A {displaystyle A} ‏معروف است. این پارامتر معمولاً عددی بین صفر تا ۳ است. همچنین اگر گونه‌های واکنش‌دهنده بیش از یکی باشد، از جمع توان‌های واکنش‌دهنده‌ها، درجه کلی واکنش حاصل می‌شود. روش‌های گوناگونی برای به دست آوردن این معادلات وجود دارد؛ اعم از روش‌های تئوری یا استفاده از داده‌های آزمایشگاهی.[‏۳]