یکی از روشهای رایج و پرکاربرد برای جداسازی مواد از یکدیگر، استفاده از برج تقطیر استیل است. تقطیر یک فرآیند فیزیکی است که با بهره گرفتن از تفاوت مواد در نقطه جوش صورت میپذیرد. برج تقطیر همانطور که از نام آن پیدا است ستونی بلند مانند برج است که دارای بخشهای مختلفی است و در صنایع متفاوت نقشی حیاتی بر عهده دارد. این برج فرآیند جداسازی مواد را بر اساس تفاوت در درجه جوش آنها به انجام میرساند که این مواد میتوانند مایع، گاز و یا ترکیبی از مایع و گاز باشند.
کاربرد برج تقطیر استیل
برج تقطیر در دو مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. کاربرد برج تقطیر استیل در صنایع مختلف مانند صنایع پتروشیمی، پالایشگاهی، نفت، گاز، تخمیر و قطران ذغال سنگ، تصفیه آب، جداسازی اتانول و آب، تولید سیلیکون و … است. برای نمونه میتوان به نفت خام اشاره کرد که ترکیب پیچیدهای از مواد مختلف است. با کمک برج تقطیر استیل میتوان جداسازی هیدروکربنهای مختلف را بر اساس فراریت آنها انجام داد. هیدروکربنهای سبک و سنگین به ترتیب دارای نقطه جوش پایینتر و بالاتری هستند. در نتیجه هیدروکربنهای سبک که نقطه جوش پایینتری دارند در فرآیند تقطیر زودتر از برج تقطیر خارج میشوند. به همین دلیل یکی از مهمترین کاربردهای برج تقطیر استیل مربوط به صنایع نفت و پالایشگاهها است.
طراحی و ساخت برج تقطیر استیل
عوامل اصلی و تعیین کننده در طراحی برج تقطیر استیل عبارتند از نوع مواد، کاربرد و نحوه انجام تقطیر در برج. تقطیر میتواند بین مواد با حالت گازی شکل، مواد به صورت مایع و یا ترکیبی از مواد گاز و مایع صورت بگیرد. بر اساس اینکه تقطیر به کدام شکل انجام شود طراحی و ساخت برج تقطیر استیل صورت میپذیرد. در زمان طراحی برج تقطیر باید به برخی از عوامل مانند ارتفاع، قطر، سینی ورودی خوراک و دما توجه ویژه داشت.
معمولا ارتفاع و قطر برج، دارای نسبت معکوس هستند. در فرآیند تقطیر زمانی که ارتفاع بیشتر میشود سرعت گاز در ستون تقطیر کاهش مییابد. به همین دلیل لزومی برای داشتن قطر بیشتر به منظور جلوگیری از خوردگی و فشار نیست. به صورت کلی قطر برج تقطیر با توجه به فرآیند موردنظر برای تقطیر و حجم مواد میتواند دارای مقادیر متفاوتی باشد. ارتفاع برج هم تابعی از نوع فرآیند تقطیر و نوع مواد ورودی به برج است. با طراحی بهینه برج تقطیر میتوان به بهرهوری و کارآیی بالاتر و همچنین هزینه ساخت کمتر دست یافت.
مشخصات فنی برج تقطیر استیل تابع فاکتورهای متعددی است که در زمان طراحی باید به آنها توجه داشت. این فاکتورها عبارتند از: خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، مدلسازی جرمی و رفتار سیال درون برج، مدلسازی جرمی و رفتار سیال درون برج، به دست آوردن نیروها و تنشهای درون برج، تعیین ارتفاع برج و ستونها و سایر اجزا با توجه بار شیمیایی و نقطه جوش و تقطیر مواد،محاسبه معامله جرمی درون برج، محاسبه شدت جریانها و سرعت و فشار درون برج و…
انواع برج تقطیر استیل
برجهای تقطیر در دو نوع پرشده و سینیدار وجود دارند که برجهای سینیدار خود دارای انواع مختلف هستند.
برج تقطیر سینیدار
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. انواع برج تقطیر سینیدار 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
برج تقطیر آکنده پر شده یا پر کن
برج آکنده دارای سیستمی به نام پرکن است که علاوه بر تقطیر، قادر به انجام فرآیندهای دیگری نیز هست. در این برجها برخلاف برج تقطیر سینیدار، بخار از پایین برج و مایع از قسمت بالای آن خارج میشود و دارای ارتفاع کمتری نسبت به برجهای سینیدار هستند. نحوه کار برج پر شده به این صورت است که عمل جذب به عنوان بخشی از عمل تقطیر انجام میپذیرد. در این نوع از برجهای تقطیر، راندمان به افت فشار برج بستگی دارد. به عنوان مثال میتوان به کاربرد برج تقطیر پر شده در بازیافت روغن اشاره کرد.
ویژگی های برج تقطیر استیل
همانطور که گفته شد برج تقطیر براساس تفاوت در نقطه جوش مایعات فرآیند تقطیر را انجام میدهد. به همین خاطر مهمترین ویژگی که باید این برج داشته باشد، توزیع اجزا و ایجاد سطح تماس کافی و مناسب بین حالت گاز و مایع است. اهمیت این ویژگی برج تقطیر زمانی بهتر خود را نشان میدهد که بدانیم هر چه سطح تماس افزایش یابد، فرآیند جداسازی هم با بهرهوری بالاتری اتفاق میافتد.
نکات ساخت و طراحی برج تقطیر
برای طراحی و ساخت برج تقطیر باید مجموعه نکات مختلفی مورد توجه قرار گیرند. از جمله این موارد میتوان به خصوصیات موادی که در ساخت برج تقطیر استفاده میشوند اشاره کرد. این مواد باید دارای استحکام مکانیکی، مقاومت شیمیایی، رسانایی حرارتی، فعالیت کاتالیزوری و خواص سطحی خاصی باشند. هر کدام از این عوامل به تنهایی در ساخت، کارکرد و هزینه نگهداری برج تقطیر دارای تاثیر مستقیم هستند و از نکات مهم مورد توجه در ساخت و طراحی برج تقطیر هستند.
نحوه ساخت برج تقطیر در صنعت
برج تقطیر در صنایع متفاوت دارای کاربردهای اساسی است. صنایع برای انجام فرآیندهای مختلف نیازی حیاتی به استفاده از برج تقطیر دارند. برج تقطیر عملیات تقطیر جز به جز را در مقیاسی بزرگ برای انواع صنایع انجام میدهد. برجهای تقطیر یا جداسازی یا ستونهای تقطیر، از رفلاکس که جداسازی کامل مواد را انجام میدهد بهره میبرند.
نحوه عملکرد برج تقطیر
برج تقطیر با توجه به اینکه از نوع سینیدار یا آکنده باشد دارای عملکرد متفاوتی است.
نحوه عملکرد برج تقطیر استیل 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.
نحوه عملکرد برج تقطیر پرکن یا آکنده
این برج دارای قطعات پرکن یا packing است و در فرآیند جذب و تقطیر دارای کارآیی است. اساس کار برج آکنده به دو صورت منظم و نامنظم است و در کل دارای افزایش در میزان جداسازی و بهرهوری بالا با افزایش افت فشار است. در برج پرشده یا پرکن گاز از بالا و مایع از پایین از برج خارج میشود.
