برج های پرشده و اجزای آن

[Milad Zamanzadeh]

http://kishindustry.com
برج تقطیر یکی از قسمتهای اصلی و مهم در فرایند تقطیر آزمایشگاهی و صنعتی است. نوع صنعتی آن در ابعاد مختلف ساخته میشود و در صنایعی چون نفت و پتروشیمی و عمدتاً برای جداسازی هیدروکربنها از یکدیگر به کار میرود یکی از انواع برج های تقطیر برج های پرشده نام دارد که برج های پر شده به میزان وسیعی در انواع فرآیندهای جدا سازی ، تبادل حرارتی و تبدبل شیمیایی استفاده می شوند . این فرآیندها شامل جذب گازی ، عادی سازی ) دفع گازی ( ، تقطیر ، استخراج ، و انتقال حرارت می باشد که به آنها پرداخته شده است .  همچنین سعی شده که نمونه ای از مهمترین کاربردهای مربوط به این فرآیندها در صنایع مختلف از قبیل شیمیائی ، نفت و پتروشیمی غذایی و آب ، دارویی و معدنی توضیح داده شود با توجه به اینکه بیشترین کاربرد برج های پرشده در فرآیند جذب گازی می باشد قسمت عمده ای از این مطلب به کاربردهای مربوط به این فرآیند اختصاص دارد. 

برج های پرشده از اصلی ترین تجهیزات فرایندی صنعت نفت،گاز و پتروشیمی است. طرز کار برج های پر شده به همان صورت برج های سینی دار بوده و تفاوت این دو برج را می توان به صورت زیر بیان کرد: 

در برج های سینی دار در فواصل معین صفحات سوراخداری قرار داده شده که عمل انتقال جرم بین فازها توسط آن تسهیل می شود. اما در برج های پر شده سینی وجود ندارد بلکه تمام برج می گویند.

در این برج ها نیز همانند برج های سینی دار مایع از بالا و گاز از پایین جریان پیدا می کند. توزیع مایع در برج های پرکن حائز اهمیت بسیاری است.توزیع ناهمسان موجب خشك ماندن برخی قسمت های بستر و در نتیجه کاهش راندمان تماس گاز -مایع می شود .به همین خاطر انواع بسیار متنوعی از توزیع کننده ها توسط سازندگان ساخته و به بازار عرضه شده است. جهت نگه داشتن بستر پرکن یك سینی زیرین و برای جلوگیری از انبساط بستر یك سینی بالایی در برج های پرکن تعبیه  می شود.

طرز کار برج های پر شده به همان صورت برج های سینی دار می باشد، با این تفاوت که در برج های پر شده سینی وجود ندارد بلکه تمام برج از اجسامی با جنس و شکل معین پر شده است که به این اجسام پرکن(Packing) می گویند. پرکن ها عموماً بر دو نوع منظم و نامنظم تقسیم بندی می شوند؛ پرکن های منظم در برخی موارد حتی بر سینی ها نیز برتری دارند. در این برج ها نیز همانند برج های سینی دار مایع از بالا و گاز از پایین جریان پیدا می کند. توزیع مایع در برج های پرکن حائز اهمیت بسیاری است زیرا توزیع ناهمسان موجب خشك ماندن برخی قسمت های بستر و در نتیجه کاهش راندمان تماس گاز -مایع می شود. جهت نگه داشتن بستر پرکن یك سینی زیرین و برای جلوگیری از انبساط بستر یك سینی بالایی در برج های پرکن تعبیه می شود.

  یکی از اجزای برج های پرشده بستر پر شده(packed bed) میباشد که در مهندسی شیمی و فرایندهای شیمیایی به مخازن، لولهها یا دیگر تجهیزاتی گفته میشود که در آن از مواد خاصی به عنوان پرکن استفاده شده است.هدف اصلی استفاده از این مواد افزایش سطح تماس فازها در فرایند است.همچنین ممکن است از مواد جاذبی چون کربن فعال یا کاتالیزورها نیز به صورت پرکن در فرایند استفاده شود.از بسترهای پرشده در دستگاههایی چون برج تقطیر و رآکتورهای شیمیایی استفاده میشود.

حال باید بدانیم که این مواد دارای چه خصوصیاتی هستند پرکن یا پکینگ در برج های پرشده چیست؟

(Packing) از اجسامی با جنس و شکل معین پر شده است که به این اجسام پرکن پرکن ها عموماً بر دو نوع منظم و نامنظم تقسیم بندی می شوند؛ پرکن های منظم طی دو دهه اخیر بازار عرضه شده اند که در برخی موارد حتی بر سینی ها نیز برتری دارند.

همانطور که گفته شد پرکن ها بر دو نوع منظم و نامنظم تقسیم بندی می شوند که نوع منظم آن دارای مزایای زیر است:

-افت فشار بسیار کمتر در مقایسه با سینی ها

-ارتفاع کمتر به ازاء تبادل جرم مساوی با سینی ها

-قابلیت پاسخگویی به محدوده وسیعی از دبی مایع پرکن ها باید دارای خصوصیات زیر باشند:

-سطح تماس زیادی بین مایع و گاز ایجاد کنند.

-افت فشار گاز در هنگام عبور از بستر باید کم باشد.

-از لحاظ شیمیایی در مقابل سیالاتی که بکار می روند بی اثر باشند.

-دارای استحکام باشند تا استفاده از آن به آسانی صورت گیرد.

-ارزان قیمت باشد.
البته کاربرد پر کن های منظم در فرایندهای صنعتی جداسازی رو به افزایش است. این افزایش مرهون ساختار نسبتا پیچیده و منظم آن است که می تواند در عین افزایش سطح تماس دو فاز، اختلاف فشار را به حداقل برساند. تا کنون روابط مختلفی برای پیشبینی انتقال جرم و هیدرودینامیك پرکن های منظم ارائه شده است و تحقیق در این زمینه کماکان ادامه دارد. برتریهای پرکن های منظم نسبت به سینی آنقدر است که در بسیاری موارد هزینه جایگزینی پرکن های منظم به

جای سینی مقرون به صرفه بوده و توجیه اقتصادی دارد. در کنار محاسن پرکن های منظم، استفاده از آنها همراه با مشکلاتی است که البته در مقایسه با محاسن آن چندان زیاد نیست. با در نظر گرفتن جمیع جهات در بیشتر موارد در طراحی برجهای جدید استفاده از پرکن های منظم نسبت به سینی و پرکن های نامنظم ارجحیت دارد. پرکن های منظم دارای برتری های زیر نسبت به برج های سینی دار می باشد:

 

افت فشار بسیار کمتر

 

ارتفا ع کمتر برج به ازاء انتقال جرم برابر

 

قابلیت پاسخگویی به محدوده وسیعی از دبی مایع

 

- اجزای داخلی برج های جداسازی

1- انواع پرکن از نظر شکل و جنس:

پرکن ها را بر اساس کاربرد هایشان به شکل های مختلفی می سازند. پرکن ها دارای دو نوع کلی پرکن های منظم و غیر منظم می باشند. نوع متداول پرکن های نامنظم، حلقه های راشینگ (Raschig Rings) است که به صورت استوانه ای تو خالی از جنس سرامیك به قطر 5/3 تا 1۰ سانتی متر و یا حتی بیشتر ساخته می شوند که در تمامی موارد به استثنای مواردی که فاز مایع قلیایی و یا اسید فلوریدریك باشد، قابل استفاده است. انواع فلزی و کربنی آن ها نیز وجود دارند.
در مواردی که مواد داخل برج، اکسید کننده های قوی باشند از انواع کربنی نمی توان استفاده کرد. مزایای نوع فلزی سبکی آن ها می باشد. از انواع دیگر پرکن های استوانه ای، حلقه های لسینگ (Lessing Rings) را که استوانه ای شکل هستند و در وسط آن ها تیغه ای تعبیه شده است می توان نام برد. این حلقه ها در مقایسه با حلقه های راشینگ استفاده کمتری دارند.
نوع دیگر پرکن های استوانه ای حلقه پال( Pall Rings)است که به صورت استوانه تو خالی از جنس فلز یا پلاستیك ساخته می شود که قسمت هایی از بدنه آن به سمت داخل استوانه متمایل شده است. این نوع پرکن ها به دلیل دارا بودن سطح تماس زیاد بین فاز مایع و فاز بخار بازده بالایی دارند.
2-صفحه نگهدارنده:

در برج های پرشده یك فضای خالی در پایین برج در نظر گرفته می شود تا بخار ابتدا وارد این فضا شده و سپس به طور یکنواخت در تمام سطح بستر پرشده توزیع شود. برای جلوگیری از ریختن پرکن ها به درون این فضا از صفحه نگهدارنده استفاده می شود. باید دقت نمود که این صفحه به اندازه کافی مقاوم باشد تا بتواند وزن قطعاتی را که روی آن قرار گرفته است تحمل کند. برای اینکه عبور گاز و مایع به آسانی صورت گیرد و موجب افزایش افت فشار و یا تجمع بیش از حد مایع درون برج نگردد، از منافذ و سوراخ های درشت در صفحه نگهدارنده استفاده می شود
[font=B Nazanin]3-صفحه بازدارنده:
[/font]

بستر های پرشده در اثر ازدیاد ناگهانی فشار گاز به حرکت در می آیند. برای جلوگیری از این پدیده از صفحه بازدارنده که در بالای بستر پرشده نصب می شود استفاده می کنند. برای ساختن این صفحه بازدارنده می توان از توری های مقاوم و یا شبکه های میله ای استفاده نمود.

4-دستگاه بازیابی مایع:

[font=B Nazanin]در مواردی که سرعت فاز بخار بسیار زیاد باشد قسمتی از فاز مایع به شکل قطرات بسیار ریز همراه با فاز بخار از بالای برج خارج می شود. برای بازیابی این قطرات می توان بخار را پس از خروج از برج از میان رطوبتگیر (لایه ای متشکل از کلاف های سیمی به ضخامت چند اینچ ) و یا بستر پرشده نامنظم خشك به طول ۶۰ تا ۹۰ سانتیمتر عبور داد.
[/font]