راکتور و کاربرد آن چیست؟

معنی لغوی راکتور، واکنش گاه است. دستگاه هایی که در آنها شکافت هسته ای به صورت کنترل شده ایجاد می شود را راکتور هسته ای می گویند. از این دستگاه جهت تولید انرژی الکتریکی و همچنین تولید نوترون ها استفاده می شوند. بر اساس کار این دستگاه، طرح و اندازه آنها متفاوت است. در فرآیند شکافت، یک نوترون توسط یک هسته سنگین که دارای جرم زیادی است جذب شده و به دو هسته کوچکتر تبدیل می شود که این تبدیل همراه با آزاد سازی انرژی و شکافته شدن چندین نوترون دیگر می باشد.

تاریخچه اولین دستگاه برمی گردد به سال 1942 که اولین انرژی تحت کنترل بوجود آمده از شکافت هسته ایجاد شد. و برای راه اندازی آن از یک پیل آجرها گرافیتی، سوخت اکسید اورانیوم و اورانیوم با موفقیت استفاده شد. این پیل هسته ای، در زیر یک میدان  فوتبال در دانشگاه شیکاگو احداث شد و اولین راکتور فعال ساخته شده در جهان بود. در راکتور های شیمیایی، واکنش های شیمیایی مانند تجزیه، ترکیب و تبدیل جهت تولید مواد جدید صورت می گیرد و براساس قرارداد دستگاه هایی که شامل واکنش سوختن جهت تولید انرژی، راکتور گفته نمی شود.

راکتور

اجزای راکتور:

با توجه به تنوع زیاد این دستگاه ها، اجزای تشکیل دهنده آنها تقریبا یکسان است. که شامل خنک کننده جهت جابجایی انرژی حرارتی به وجود آمده از فرایند شکافت ماده کنترل شده جهت کنترل نمودن میزان شکافت، سوخت، کند کننده نوترون های بوجود آمده از شکافت، پوشش برای سوخت و  خود سوخت می باشد.

انواع راکتور:

.  شیمیایی، مخزن هایی هستند که جهت انجام واکنش های شیمیایی استفاده می شوند. این نوع دستگاه ها، بر اساس نوع واکنش ها انتخاب می شوند و به دو دسته مداوم مخزنی و غیر مداوم تقسیم می شوند. و براساس تقسیم بندی دیگر به دو نوع واحدی و دیفرانسیلی تقسیم می شوند. در طراحی این نوع دستگاه بایستی از زاویه های مختلف  علم مهندسی شیمی استفاده کرد. با توجه به دخیل بودن عواملی مانند غلظت، فشار و دما و اختلاط و غیره در سرعت و انجام یک واکنش، سبب می شود که در طراحی راکتور شیمیایی  از اصول مکانیک سیالات، انتقال جرم، انتقال حرارت، ترمودینامیک و سینتیک واکنش های شیمیایی استفاده کرد.

.  بستر سیال، به این نوع  FBR نیز می گویند و جهت انجام واکنش های شیمیایی به صورت چند فازی به کار می رود.

.  ممبران،در این نوع یک ماده شیمیایی است که  محفظه واکنش مملو از کاتالیست است و با یک ممبران مخلوط و ترکیب می شود که مواد اولیه را افزوده و محصولات به دست آمده از واکنش، را از آن خارج می سازد.

.  بچ ترتیبی، به این نوع SBR نیز گفته می شود که جهت تصفیه فاضلاب ها از آن استفاده می شود .

.  جریان لامینار

.  ستون حباب، این نوع دستگاهی است که جهت واکنش های مایع و گاز استفاده می شود.

. پیوسته، در این نوع مواد به صورت جریانی جا به جا می شود.

.  با تانک همزن پیوسته، که CSTR یا راکتور مخلوطی یا وات نیز نامیده می شود و بسیار خوب و معمولی می باشد که به عنوان یک مدل جهت تخمین متغیرهای عملکردی واحد به صورت پیوسته استفاده می شود.

یک نمونه راکتور همزن

.  ورز دهنده، این نوع دستگاه، خاص است که جهت ورز دادن مواد ویسکوز و مخلوط کردن مواد استفاده می شود.

.  جریان پلاگ، یا راکتور لوله ای پیوسته و یا راکتور جریان پیستونی و یا PFR  نیز می نامند.

.  بستر چکنده، یا TBR که حرکت رو به پایین گاز و مایع بر روی سطح فشرده ذرات کاتالیستی را شامل می شود.

. راکتور سرثابت، در این نوع ، کاتالیزورها در یک محیط ثابت قرار دارند، که واکنش گرها از داخل آن عبور داده می شوند. که به صورت استوانه ای و مجهز به حفاظ و پوشش مناسب برای تامین سرمایش و گرمایش مورد نیاز ساخته می شود. این نوع در حقیقت همان راکتورهای  لوله ای هستند که از دانه های جامد کاتالیزور پر شده اند.از معایب این نوع دستگاه ها می توان به مشکل جایگزینی کاتالیزور پس از غیر فعال شدن آن و مشکل کنترل حرارتی نام برد.

با توجه به، به وجود آمدن واکنش های ناخواسته یا به وجود آمدن مقداری از مواد اولیه با مواد به دست

آمده در راکتور، امکان عرضه مستقیم محصول به مصرف کنندگان نیست. و باید برخی عملیات فیزیکی مانند خالص سازی و جداسازی و غیره روی محصول انجام داد.