برج تقطیر یا برج جداسازی یک وسیله مهم و بسیار پرکاربرد در صنایع مختلف است. با کمک برج تقطیر جداسازی اجزای سازنده یک محلول و تقطیر مخلوطهای مایع صورت میگیرد. این برج براساس اختلاف در نقطه جوش مایعات مختلف موجود در محلول و میزان فراریت آنها فرآیند جداسازی را انجام میدهد. در برج تقطیر سینیدار فرآیند جداسازی با استفاده از سینیهای فلزی سوراخدار صورت میگیرد، به این ترتیب که محلول روی سینی جریان دارد و با کمک تعدادی ناودانی از سینی بالایی به سینی پایینی منتقل میشود. بخارها و گازها از طریق منافذ و با حرکت به سمت بالا، از میان محلول عبور میکنند. در حین این مرحله چگالنده یا کندانسور آنها را از حالت گاز به حالت مایع تبدیل میکند.
کاربرد برج تقطیر سینیدار
جداسازی مخلوط سیالات از یکدیگر اصلیترین کاربرد برج تقطیر سینیدار است. برج تقطیر سینیدار در صنایع مختلف پالایشگاهی، پتروشیمی، نفت، گاز طبیعی، آزمایشگاهی، قطران ذغال سنگ و … دارای کاربرد است . برای نمونه میتوان به استفاده از این برج در فرآیندهایی مانند تصفیه روغن سوخته، تولید و جداسازی هیدروکربنها و تولید الکل اشاره کرد.
طراحی و ساخت برج تقطیر سینیدار
طراحی و ساخت برج تقطیر سینی دار دارای حساسیت بسیاری است. طراحی این برجها باید با در نظر گرفتن همه جوانب و رعایت آییننامهها باشد. برای ساخت برجهای تقطیر لزوم استفاده از مواد مناسب و اجرای کامل موارد طراحی شده الزامی است. به وجود آمدن خطر برای این برجها میتواند خسارات جبرانناپذیری را به وجود بیاورد.
طراحی برج تقطیر سینیدار نیاز به محاسبات گسترده و دقیقی دارد. چند نمونه از این محاسبات و بررسیها عبارتند از استفاده از معادلات مربوط به محاسبه جریان جرمی داخل برج به صورت مدلسازی، مدلسازی رفتار سیال برای جریان سیال داخل برج و معادلات هیدرولیکی، تعیین ارتفاع برج و تعداد ستونها و سایر جزییات، محاسبه نرخ جرمی و نرخ تقطیر، محاسبه میزان مقاومت اجزا سازنده به وسیله محاسبه نیروهای وارده بر ستونها، تیرها و سایر قسمتهای برج و….
نحوه کار برج تقطیر سینیدار
برای شروع کار برج تقطیر سینیدار ابتدا باید خوراک به آن وارد شود. خوراک میتواند گاز، مایع و یا ترکیب گاز و مایع باشد. در مرحله بعد توسط جوشآورها به خوراک وارد شده گرما داده میشود. در نتیجه این گرما خوراک تولید بخار میکند که به با حرکت به بالا، با مایع واردشده تماس مییابد. در اثر تماس حاصله دمای مایع افزایش مییابد تا به دمای حباب برسد و بخار با ذرات با نقطه جوش پایین به وجود میآید. بخار به سمت بالا میرود و بعد از سرد شدن به مایع تبدیل میشود و به سمت پایین برج میرود.
اجزای برج تقطیر سینیدار
- سینی
سینیها صفحات فلزی سوراخدار هستند که معمولا از جنس چدن ساخته میشوند. تعداد، فاصله، اندازه و چیدمان سینیها با توجه به چند فاکتور محاسبه میشود. شرایط طراحی، بازدهی کار جداسازی و درجه خلوص از عوامل تعیین کننده برای مشخص کردن فاصله سینیها هستند. میزان فراریت محلول هم عاملی تاثیرگذار بر روی این مقادیر است. معمولا با افزایش قطر برج، فاصله سینیها بیشتر میشود.
- بدنه
بدنه برج تقطیر سینیدار عمدتا از جنس فولاد ریخته است.
- کلاهک یا سرپوش
با توجه به نوع تقطیر، نوع کلاهک مشخص میشود. عامل تعیین کننده در تعداد کلاهکها یا سرپوشهای برج تقطیر سینیدار، بیشترین حد سرعت مجاز عبور گاز از سینی است.
- وییر یا سد
در برج تقطیر سینیدار ارتفاع مایعی که روی سینی قرار دارد باید در حدی باشد که گازهای بیرون آمده از شکافهای سرپوشها از داخل آن بگذرد و هر حباب بیشترین زمان ممکن گذشتن از روی مایع را داشته باشد. این افزایش زمان باعث افزایش راندمان سینی میشود. وییر یا wier مانند یک سد باعث کنترل ارتفاع مایع روی سینی میشود. با وجود وییرها مایع روی سینی از حد معینی پایینتر نمیرود.
- نازل
به جایی که لولههای ورودی و خروجی به برج تقطیر به هم متصل میشوند نازل گفته میشود.
- جوشآور
جوشآورهای برج تقطیر در چند مدل وجود دارند. این قسمت از برج انرژی و گرمای مورد نیاز برج تقطیر را فراهم میکند. در بیشتر برجها، جوشآور در انتها و کنار برج قرار داده میشود. همانطور که گفته شد جوشآورها دارای مدلهای مختلف هستند که عبارتند از دیگی، داخلی، دیگهای پوشش، سیرکولاسیون اجباری، ترموسیفونی افقی و ترموسیفونی عمودی.
- چگالنده یا کندانسور
این قسمت از برج تقطیر برای عملیات میعان یا تبدیل گاز و بخار به مایع است. کندانسورها به دو صورت کندانسور کامل و کندانسور جزیی وجود دارند. در حالت کامل، میعان به صورت کامل انجام میشود و کلیه گازهابالای برج تقطیر سینیدار به مایع تبدیل میشوند. یک بخش آنها به برج تقطیر برمیگردند و بخش دیگر در مخزن جمعآوری ذخیره میشوند. در حالت کندانسور جزیی بخشی از گازها از کندانسور خارج میشوند و بخش دیگر به مایع تبدیل میشوند.
- پمپها
پمپها وظیفه پمپاژ مایعات در ارتفاع بالا و مایعاتی که گرانروی بالایی دارند را بر عهده دارند.
سامانههای کنترل کننده، مبدلهای حرارتی و مخازن محصول دیگر اجزای برج تقطیر هستند.
انواع سینیها در برج تقطیر
با توجه به کارکرد گسترده برجهای تقطیر در صنایع مختلف، انواع متفاوتی از سینیها وجود دارند که عبارتند از:
- سینی کلاهکی یا فنجانی
- سینی درپوش حبابی یا درپوش حبابدار
- سینی غربالی یا الک یا مشبک
- سینی دریچهای
- سینی شیری یا شیردار
- سینی جت
- سینی دوجریان
- سینی مشبک
- سینی سرجنگی
نکات مهم در ساخت برج تقطیر سینیدار
توجه به دما، فشار، سینی خوراک ورودی و … یکی از نکات مهم در ساخت برج تقطیر سینیدار است. شبیهسازی برج تقطیر در ساخت بهینه آن تاثیر بسزایی دارد و باعث کاهش هزینهها و افزایش بهرهوری میشود. در برجهای تقطیر پیوسته ابزار دقیق مختلفی وجود دارد که در زمان ساخت باید به جاگذاری صحیح آنها توجه ویژه داشت.
مشخصات فنی برج تقطیر سینی دار در هنگام طراحی با دقت بالا محاسبه شدهاند. برای پیشگیری از بروز حوادث و خسارتها باید مشخصات مندرج در نقشهها که منطبق با آییننامهها و ضوابط طراحی هستند، روند فرایند ساخت برج تقطیر سینی دار کاملا رعایت شوند.
