بررسی کاربرد برج های تقطیر Towers

منتشر شده در 1399/09/04 | بازدید : 30 بار | زمان مطالعه : 10 دقیقه

كاربرد برج هاي تقطير

مهمترين كاربرد برج هاي تقطير، در تصفيه نفت خام است. محصولات حاصل از نفت خام، نظير بنزين،نفت سفيد، گازوئيل، سوختها و روغنهاي روان كننده هر يك مخلوطي از صدها هيدروكربن مي باشند . تعداد اين سازندگان هيدروكربني به اندازه اي زياد است كه تشخيص نوع و شماره آنها به آساني امكانپذيرنيست. خوشبختانه بدست آوردن مواد خاصي از اين تركيبات مورد نظر نمي باشد بلكه خواص كلي آنها مطرح است. بنابراين ويژگيهاي محصولات را مي توان به صورت محدوده جوش، چگالي، ويسكوزيته و غيره در نظرگرفت.

برج هاي تقطير در جداسازي تركيباتي بكار مي روندكه خواص آنها به نحوي است كه به وسيله روشهايفيزيكي ساده نمي توان آنها را از هم جدا كرد . اين روش جداسازي را بر اساس توزيع مواد بين فازهاي مايع وگاز انجام مي دهد و لذا در مواردي به كار مي رود كه كليه سازندگان در هر دو فاز موجود باشند.شرط لازم براي اينكه بتوان از تقطير براي جداسازي دو جزء استفاده كرد اين است كه نقطه جوش دو تركيب به اندازه كافي از هم فاصله داشته باشد.

مشكلات موجود در برج هاي تقطير 2-2

مي باشد كه همان كشيدگي قطرات (Entrainment) يكي از اشكالات موجود در برج ها پديده ماندگي مايع توسط جريان گاز مي باشد. سرعت زياد گاز سبب مي شود قطرات ريزي از مايع در گازبه طرف سيني بالا ارتفاع مايع زياد شده و افت فشار گاز (Entrainment) حركت كند كه باعث كاهش بازده مي شود. با افزايش مي شود، كه باعث انسداد برج مي شود و جريان گاز از (Flooding) زياد مي شود در نهايت منجر به طغيان وضعيت عادي خارج شده ، مايع نيز ممكن است از لوله خروجي بالاي برج خارج گردد. در صورتي كه شدت و لذا جريان مايع (Weeping) گاز خيلي باشد قسمت اعظم مايع ممكن است از منافذ صفحه به پايين چكه كند در سراسر سيني وجود نخواهد داشت. اگر جريان گاز فوق العاده كم باشد تمامي مايع از منافذ به پايين ريخته و اصولاً مايعي به محل ريزش مايع نخواهد رسيد .(Dumping)مسئله مكانيكي عمده اي كه در سيني هاي دريچه اي مشاهده مي شود، سايش و خوردگي پايه ها و سوراخها است. حركت قائم دريچه و حركت دوراني دريچه هاي دوار در سوراخها موجب خستگي و سايش پايه هامي شود. كنده شدن دريچه ها به همين دليل امري رايج است و مشاهده دريچه هاي كنده شده در بخش مكش پمپ يا كندانسور و يا حين تعميرات جاي تعجبي ندارد.

مشكل مكانيكي رايج ديگر مسئله چسبندگي دريچه به سيني است كه به دليل تشكيل رسوبات و يا محصولات خورندگي بر روي دريچه وقتي به حالت تقريباً بسته باشد رخ مي دهد. طبعاً اين چسبندگي سطح معبر بخار را كاهش مي دهد و باعث افزايش افت فشار مي گردد. چاره كار راهبري برج با دبي بخار زياد است .

سرعت زياد بخار موجب راندن رسوبات از لبه دريچه ها مي شود . براي جلوگيري از چسبندگي، زائده هاي كوچكي در زير دريچه ها پيش بيني شده كه از بسته شدن كامل دريچه جلوگيري مي كند. ذكر شده عبارتند از: (Cap Tray) معايبي كه براي سيني هاي نوع فنجاني

-1 عبور پر پيچ و خم گاز توام با افت فشار زيادي است.

-2 راندمان اين سيني كمتر از سيني هاي غربالي و دريچه اي است.

-3 داراي قيمت هاي بالاتري از نوع غربالي و دريچه اي هستند.

پديده ناخواسته و رايجي كه ممكن است پيش آيد عبارت است از جاري (Packed) در برج هاي پركن شدن مايع بر روي جداره برج در عوض جاري شدن بر بستر پركن ها. اين مشكل باعث مي شود كه پركن ها خشك شده و بازدهي برج به مقدار قابل ملاحظه اي پايين آيد. توزيع نامناسب مايع نيز از عوامل كاهش بازده در اين ستون ها به شمار مي آيد.

 

-3-2 انواع برج هاي استخراج

مهمترين دستگاه ها و برج هايي كه در استخراج بكار برده مي شوند عبارتند از :

(Mixer-Settlers) - دستگاه هاي مخلوط كننده-ته نشين كننده

- برج هاي سيني دار-مشبك

- برج هاي استخراج پاششي

- برج هاي پر شده

- برج هاي استخراج كننده با همزن مكانيكي

CM - استخراج كننده

RDC - تماس دهنده با ديسك چرخان

(Pulsed Columns) - ستونهاي ضربه اي

-استخراج كننده سانتريفوژي

- برج هاي استخراج صفحه اي

(Mixer-Settlers) دستگاههاي مخلوط كننده-ته نشين كننده 3-2

اين نوع از دستگاه هاي استخراج عبارت است از يك مخزن همزن دار كه فازهاي مورد نظر پس از ورود با

يكديگر مخلوط مي شوند.

پس از  اختلاط كامل همزن خاموش شده و فازها تحت تاثير نيروي وزن خود از هم جدا مي شوند. محصول استخراج شده به همراه حلال از طريق مجرايي در بالا و يا پايين دستگاه خارج ميشود.

(Spray and packed extraction towers) برج هاي استخراج پاششي و پركن 3-2

دراين برج ها مخلوط و ته نشين شدن به طور همزمان و پيوسته صورت مي گيرد. در برج پاششي مايع سبك تر از پايين وارد و با عبور از قسمتي شبيه به آب پاش به صورت قطرات كوچك پخش مي شود. قطرات مايع سبك از داخل توده مايع سنگين كه به طور پيوسته به طرف پايين حركت مي كند عبور كرده و به طرف بالا ميروند .اين قطرات در حين بالا رفتن انتقال جرم را انجام داده و بالاي برج به هم ملحق مي شوند.

 

در روش گفته شده فاز سبك پراكنده و فاز سنگين پيوسته است. عكس اين حالت نيز ممكن است، بدين صورت كه فاز سنگين در قسمت فوقاني ستون در فاز سبك پاشيده مي شود و به صورت پراكنده از داخل جريان پيوسته مايع سبك، به طرف پايين حركت كند. به منظور ايجاد سطح تماس بيشتر فاز داراي شدت جريان بيشتر را پراكنده مي كنند، اما اگر اختلاف ويسكوزيته بالا باشد، فاز داراي ويسكوزيته بالاتر را براي افزايش سرعت ته نشيني پراكنده مي كنند.

(Plate Tower) برج هاي داراي سيني مشبك 3-2

طرز كار اين نوع از برج ها به صورت برج هاي پاششي است با اين تفاوت كه در داخل اين برج ها به 4ميلي متر و / 1 تا 5 / فاصله هاي معين سيني هاي سوراخداري قرار داده شده است. در اين سيني قطر سوراخها 51تا 6 ميلي متر است.در اين سيني ها معمولاً مايع سبك فاز پراكنده را تشكيل مي دهد / فاصله آنها ازيكديگر 5 به طوري كه در زير هر سيني لايه اي از مايع تشكيل مي گردد كه به درون مايع سنگين پاشيده مي شود.

 

 (Baffle tower) برج هاي استخراج صفحه اي 3-2

اين گونه از برج هاي استخراج صفحه هايي افقي دارند كه مايع سنگين از بالاي هر صفحه جريان يافته و از لبه به داخل فازسنگين و به طرف بالا پاشيده مي شود. در اين نوع از برج ها فاصله بين صفحه ها در حدود 100 تا 150ميلي متر است.

برج هاي استخراج همزن دار 3-2

در اين نوع از برج هاي استخراج، انرژي مكانيكي لازم را همزنهاي داخلي نصب شده روي ميله دوار مركزي تامين مي سازد. ديسك هاي مسطح مايعات را پراكنده و به طرف ديواره برج مي رانند. در آنجا حلقه هاي مناطق ساكني را ايجاد كرده و دو فاز از يكديگر جدا مي شوند.

 

CM 6استخراج كننده 3-2

شكل زير قسمتي از اين استخراج كننده را نشان مي دهد. اين دستگاه از پره هاي توربيني ديسكي با پره هاي ساخت براي پخش و مخلوط كردن مايعات استفاده مي كند و صفحات افقي براي كاهش اختلاط محوري استفاده مي نمايد.

RDC تماس دهنده (استخراج كننده) با ديسك چرخان 3-2

اين دستگاه خيلي مشابه قبلي است با اين تفاوت كه بافل هاي عمودي در آن وجود ندارد و همزدن در اثر ديسك هاي چرخان انجام مي شود كه معمولاً سرعت بيشتري از پره هاي توربيني دارند.

 

(Pulsed Columns) ستونهاي ضربه اي 3-2

در اين دستگاه پالسي به صورت هيدروليكي به مايع داخل ستون اعمال مي شود. چون اين استخراج كننده ها هيچ قسمت متحركي ندارند خيلي عملي هستند. صفحات سوراخ دار، طوري سوراخ شده اند كه جريان عادي در آنها رخ نمي دهد. عمل نوسان كه روي مايعات انجام مي شود، مايعات سبك و سنگين را از سوراخ ها عبور مي دهد. ستون هاي پر شده نيز مي توانند به صورت ضربه اي عمل كنند. در اين دستگاه شدت انتقال جرم در برابر افزايش هزينه انرژي، افزايش مي يابد.

در اين نوع از ستونها فرايند هم زدن با دستگاههاي خارجي انجام مي گيرد. يك پمپ رفت و برگشتي با ضربه هاي متوالي تمام محتويات برج را در فواصل زماني خاصي حركت مي دهد تا اين حركت تناوبي باعث ايجاد اختلاط در فازهاي موجود در برج گردد.

(Centrifugal Extractors) دستگاههاي گريز از مركز 3-2

اين دستگاه داراي محفظه اي معمولاً استوانه اي شكل است كه حول محوري با سرعت بالا مي تواند بچرخد .

حلال و تركيب مورد نظر در داخل محفظه قرار داده شده و نيروي گريز از مركز به وجود آمده باعث مي شود كه انتشار و جداسازي فازها شتاب بيشتري بگيرد.

دستگاههاي گريز از مركز گران قيمت بوده و كاربردهاي نسبتاً محدودي دارند. از مزاياي اين دستگاه تعداد تماس زياد در يك فضاي كوچك و در زمان كوتاه است.

كاربرد برج هاي استخراج 3-2

اگر جداسازي از طريق تقطير كارايي لازم را نداشته و يا خيلي دشوار باشد به جاي آن م يتوان از استخراج مايع- مايع استفاده كرد. مخلوطهايي كه نقطه جوش نزديك به هم دارند را مي توان به وسيله اين روش از هم جدا كرد. اجزاي روغن هاي مخصوص روغن كاري با نقطه جوش بالاتر از 300 درجه را با حلالهايي نظير فنل، فورفورال يا متيل پيروليدون كه قطبيت كمي دارند جدا مي كنند.

در انتخاب يكي از دو عمل استخراج يا تقطير، معمولاً تقطير انتخاب مي شود هرچند كه نياز به سيستمهاي گرم كننده و سردكننده مي باشد. در استخراج، حلال را مجدداً بايد بازيابي كرد كه اين راه معمولاً از طريق تقطير صورت مي گيرد. البته تلفيق اين دو عمليات پيچيد هتر و گرانتر از تقطير معمولي بدون استخراج است.

بعضي از بر جهاي جداسازي كاربردهاي ويژه اي دارند. مثلاً برج هاي ضربه اي براي استخراج مايعات راديواكتيو و بسيار خورنده استفاده ميشود. همچنين براي استخراج محصولات حساسي مانند ويتامين ها معمولاً از دستگاههاي گريز از مركز كه در آنها زمان ماند بسيار كوتاه است استفاده مي شود.

مشكلات موجود در برج هاي استخراج 3-2

همانطور كه توضيح داده شد در بر جهاي جداسازي پس از اينكه عمل اختلاط صورت گرفت ، ذرات مايع پراكنده شده به هم ملحق مي شود و جريان خروجي از برج را تشكيل مي دهند. اما مشكل عمده با مايعاتي است كه به راحتي امولسيون تشكيل مي دهند ، زيرا ذرات اين مايعات به همان صورت مجزا باقي مانده و عمل جداسازي را بسيار مشكل مي كنند. يكي از راههاي رفع اين مشكل اين است كه خروجي مخلوط شده را از صفحه اي از جنس فايبرگلاس عبور دهند تا قطره هاي پر اكن ده شده به يكديگر متصل و در اثر نيروي وزن ته نشين شوند. در جداسازيهايي كه اين روش به خوبي عمل نكند از دستگاههاي گريز از مركز استفاده ميشود.

مشكل عمده ديگري كه در برج هاي استخراج روي مي دهد به هم پيوستن قطرات پخش شده قبل از انتقال جرم كامل و رسيدن به خروجي برج است. براي رفع اين مشكل گاهي داخل برج هاي استخراج سيني هاي سوراخداري قرار مي دهند تا عمل ريز كردن قطرات كامل شود. البته در اين حالت به دليل كوچكي سوراخها احتمال گرفتگي آنها بالا مي رود.

-4-2 برج هاي جذب و دفع گاز

نحوه كار برجهاي جذب دقيقاً همانندبرجهاي تقطير است،بنابراين به توضيح مختصري بسنده مي كنيم .

همانند شكل 40 گاز از پايين و مايع از بالا وارد برج شده و انتقال جرم بين فازها به وسيله پركن ها تقويت ميشود. دستگاه متداول در جذب گاز برج پركن است. اين دستگاه از يك ستون يا برج استوانه اي تشكيل شده كه شامل ورودي گاز و فضايي براي توزيع آن در قسمت تحتاني، ورودي مايع و توزيع كننده در قسمت فوقاني،خروجي هاي گاز و مايع به ترتيب در قسمت فوقاني و تحتاني و توده جامد نگه دارنده اي به نام پركن هاي برج است.

مايع ورودي كه حلالي خالص يا محلول رقيقي از ماده حل شده مي باشد توسط توزيع كننده در بالاي پركن ها توزيع مي شود و سطوح پركن ها را به طور يكنواخت مرطوب مي كند. گاز حاوي ماده حل شده يا گاز غني شده، وارد فضاي زير پركن ها مي شود و مخالف جريان مايع از روزنه هاي موجود در پركن ها بالا مي رود.

پركن ها سطح تماس زيادي بين مايع و گاز فراهم مي كنند و تماس نزديك بين فازها را تقويت مي نمايند . ماده حل شده در گاز غني شده توسط مايع تازه اي كه وارد برج مي شود جذب و گاز رقيق از بالا خارج مي شود .

هرچه مايع به طرف پايين برج حركت مي كند از ماده حل شده غني تر مي گردد.

 

انواع برجهاي جذب 4-2

تقسيم بندي اين نوع از برجها همانند برجهاي تقطير است يعني شامل برجهاي سيني دار و پركن هستند.

مشكلات موجود در برجهاي جذب 4-2

يكي از مشكلاتي كه ممكن است در مورد پركن هاي فلزي رخ دهد، خوردگي است . در برجهايي كه حاوي محيط خورنده اي هستند معمولاً از پركن هاي غير فلزي مانند سراميك استفاده مي شود. مشكلات گفته شده در مورد برجهاي تقطير پر شده در اينجا نيز صادق است، مثلاً ممكن است مايع به جاي انكه پركن ها را مرطوب كند بر روي جداره برج جاري شود. اين مشكل باعث پايين آمدن بازده به مقدار زيادي مي شود.