انواع برج های تقطیر

[sajjad arabi]

برج های تقطیر(Distillation Columns):

تقطیر از جمله مهم ترین فرآیندهای جداسازی است که اساس جداسازی در آن اختلاف نقطه جوش اجزاء مخلوط می باشد. فرآیند تقطیر از روش های مستقیم جداسازی به شمار می رود. عمل تقطیر با استفاده از حرارت دادن به یک مخلوط و سرد کردن بخارات حاصل انجام می شود. به طور کلی یک برج تقطیر شامل چهار بخش زیر می باشد:

بدنه اصلی برج (Tower)

سیستم جوشاننده یا ریبویلر (Reboiler)

سیستم میعان کننده یا کندانسور (Condenser)

تجهیزات جانبی از جمله سیستم های کنترلی، مبدل های حرارتی میانی، پمپ ها، مخازن و...

معرفی انواع برج های جداسازی:

به طور کلی برج هایی که در صنعت برای تقطیر به کار می روند، به صورت ۲ نوع زیر می باشند:

 

برج های سینی دار (Tray Towers)

برج های پر شده (Packed Towers)

برج های تقطیر سینی دار (Tray Distillation Towers)

برج های سینی دار مهم ترین نوع برج هایی هستند که در مراکز مهم صنعتی مانند پالایشگاه ها از آنها استفاده می شود. داخل این برج ها به فواصل معینی صفحه های فلزی سوراخ داری قرار داده شده است که به آن ها سینی گفته می شود. این برج ها به ارتفاع های مختلفی ساخته می شود که ممکن است از چند متر تا بیش از ۵۰ متر متغیر باشد. قطر این برج ها نیز ممکن است تا بیش از ۵ متر هم در نظر گرفته شود. برج های تقطیر می توانند سیستم ریبویلر و کندانسور داشته باشند و یا نداشته باشند.

 

درون برج، جریان های مایع و گاز بصورت غیر همسو روی این سینی ها با یکدیگر در تماس قرار می گیرند و انتقال جرم روی سینی رخ می دهد. جریان مایع به شکل افقی روی سینی حرکت کرده و توسط ناودانی هایی به سمت پایین (سینی بعد) می ریزد. جریان گاز نیز از پایین و توسط منافذ روی سینی، به سمت بالا حرکت می کند و به شکل حباب در مایع پخش می شود. سپس حباب ها از مایع جدا شده و به سمت بالا حرکت می کنند. ریبویلر حرارت لازم برای بخار شدن مایع در پایین برج را فراهم می کند و کنداسور بخار خروجی از بالای برج را مایع می کند.

مهم ترین پارامتر در طراحی یک برج تقطیر، تعداد مراحل تئوری آن می باشد. بر اساس آن تعداد سینی و همچنین ارتفاع برج مشخص می گردد. از دیگر پارامترهای مهم یک برج سینی دار می توان به فاصله سینی ها، عمق مایع روی سینی ها، نوع منافذ روی سینی، پروفایل فشار و دمای برج، سینی خوراک و… اشاره کرد. برج های سینی دار را بر اساس نوع منافذ روی سینی می توان به ۳ نوع زیر تقسیم کرد:

 

سینی های غربالی: (Sieve Tray)1-

سینی های غربالی، صفحات مشبک می باشند که بخارات از منافذ آن عبور کرده و به صورت حباب هایی وارد مایع روی سینی می شوند. این سینی ها نسبت به دو نوع دیگر بسیار ارزان بوده و ظرفیت بالاتری دارند. مزیت دیگر این سینی ها افت فشار کم آنها است که مجموعاً باعث شده که در طراحی ها در صورتی که مشکل عمده ای در میان نباشد به عنوان اولین انتخاب در نظر گرفته شود.

 

معرفی انواع برج های جداسازی:

 

سینی دریچه ای: (Valve Tray)2-

این سینی ها نیز صفحات سوراخ دار می باشند که هر سوراخ مجهز به یک صفحه کوچک (دیسک) متحرک می باشد. سوراخ های سینی می تواند مدور یا مستطیل باشد. در دبی کم بخار، صفحه بر روی سوراخ مستقر شده و آن را به نحوی می پوشاند که مایع چکه نکند. دریچه منافذ در ۲ نوع ثابت و متحرک ساخته می شوند. با افزایش دبی بخار دریچه در امتداد قائم به طرف بالا حرکت کرده و مجرا را برای عبور بخار باز می کند. این سینی ها قیمت مناسبی دارند و نسبت به تغییرات دبی بخار انعطاف پذیر می باشند.

 

معرفی انواع برج های جداسازی:

معرفی انواع برج های جداسازی

 

سینی های فنجانی: (Bubble Cap Tray)3-

این سینی متشکل از یک صفحه مشبک است که روی هر سوراخ یک لوله هدایت گاز به بالا و یک فنجان وارونه روی آن وجود دارد. در سینی فنجانی معمولاً لایه ای از مایع بر روی سینی باقی می ماند و گاز خروجی از زیر فنجان باید از داخل این لایه عبور کند. شکاف های روی هر فنجان، مستطیلی با عرض ۰٫۳ تا ۰٫۹۵cm و طول ۱٫۳ تا ۳٫۸cm می باشد. از مزایای این سینی ها این است که اولاً نشتی مایع از طریق سوراخ های سینی وجود ندارد ، همچنین در دبی های بسیار کم گاز به خوبی عمل می کند.

 

 

برج های تقطیر پر شده: (Packed Bed Distillation Tower)

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 خشک ماندن برخی قسمت های بستر و در نتیجه کاهش راندمان تماس گاز -مایع می شود. جهت نگه داشتن بستر پرکن یک سینی زیرین و برای جلوگیری از انبساط بستر یک سینی بالایی در برج های پرکن تعبیه می شود.معرفی انواع برج های جداسازیچند نمونه از پرکن های منظممعرفی انواع برج های جداسازیچند نمونه از پرکن های نامنظم پرکن های منظم دارای برتری های زیر نسبت به برج های سینی دار می باشد:

 

افت فشار بسیار کمتر

ارتفاع کمتر برج به ازاء انتقال جرم برابر  

قابلیت پاسخگویی به محدوده وسیعی از دبی مایع

 

پرکن ها باید خصوصیات زیر را داشته باشند:

سطح تماس زیادی بین مایع و گاز ایجاد کند

افت فشار گاز در هنگام عبور از پرکن کم باشد  

از لحاظ شیمیایی در برابر سیالات داخل برج، بی اثر باشد  

قیمت مناسبی داشته باشد
منبع: chempedia.ir