Çevre Mühendisliğinde Reaktörler, İçerisinde kimyasal, fiziksek ve biyolojik reaksiyonların meydana geldiği, atık maddelerin içerisinde arıtıldığı sistemlerdir. Reaktörler genellikle akış karakteristiklerine göre sınıflandırılırlar.
Reaktör Tasarımının Ana Prensipleri
Reaktör tasarımından önce hacminin ve çalışma koşullarının belirlenmesi gerekmektedir. Çalışma koşullarından kasıt ise; reaksiyon sıcaklık, basınç ve reaksiyon karışımının bileşimi. Belirlenen bu koşullara uygun bir reaktör tipi seçilir. Tabi ki seçim yapılırken yapılan seçimin uygulanabilir olmasına özen gösterilmelidir. Örnek olarak illa ki piston akımlı reaktör yapabilmek için bazı durumlarda tank uzunluğu uygulanabilir olmayabilir. Ya da arazi ihtiyacında arazi fiyatları dikkate alınmalıdır.
Reaktör tasarımında kütle dengesi uygulanırken aşağıda yer alan kabuller yapılır:
- Giren ve çıkan debi bir birine eşittir.
- İzotermal koşullar mevcuttur.
- Sıvı tam karışımlıdır.
- Kimyasal reaksiyon meydana gelir.
- Gerçekleşen reaksiyonlar 1. derecedendir.
Bu kabullere göre kütle dengesi:
Birikim hızı = Akış Hızı – Çıkış Hızı + Kullanım Hızı
Yani;
Birikim = Giren – Çıkan + Kullanılan
V.(dc/dt) = Q.C0 – Q.C +v. (Reaksiyon Hızı)
V.(dc/dt) = Q.C0 – Q.C +v. (-k.c)
V : Reaktör Hacmi
Q : Giren ve Çıkan Debi (L/sn)
C0 : Başlangıç Derişimi (mg/L)
C : Çıkıştaki Ürün Derişimi (mg/L)
k : 1. Dereceden reaksiyon hız sabiti
(dc/dt) : reaktif derişiminin reaktör içerisindeki değişim hızı (mg/L.sn)
Genel Reaktör Tipleri
Kesikli Reaktörler: Reaktöre akım girişi ya da çıkışı yoktur. Reaktör içeriği tam karışımlıdır. Reaktör t süresi sonunda işlemi tamamlar ve yeni görev için hazır hale gelir.
Piston Akımlı Reaktör: Akışkan tanecikleri tank boyunca ilerler ve aynı yönde deşarj edilir. Tanecikler teorik bekleme süresine eşit sürede tankta kalır. Boyuna dispersiyon minimumdur. Uzunluk/genişlik oranı düşüktür.
Sürekli Akışlı Tam Karışımlı Reaktör: Tanecikler tanka girdiğinde tam karışım meydana gelir. Derhal tank içerisinde dağılırlar. Tanecikler derişimleriyle orantılı olarak tankı terk eder Yuvarlak veya kare tanklarda tam karışım olur.
Gerçek Akımlı (Adi) Reaktör: Piston Akımlı Reaktör ve Tam Karışımlı Reaktör arasında kısmi karışımın meydana geldiği reaktör tipidir.
Paket Yataklı Reaktör: Çeşitli dolgu malzemeleri ile doldurulmuşlardır. Örnek verecek olursak; Anaerobik filtre ve kesikli çalıştırılan damlatmalı filtreler.
Akışkan Yataklı Reaktörler: Paket yataklı reaktörlere benzer. Ancak akışkanın yukarı doğru hareketiyle paket genişler.