روش تقطیر در برج تقطیر پترو شیمی
تقطیر ، در واقع ، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج میشود. اولین پالایشگاه تاسیس شده در جهان ، در سال 1860 در ایالت پنسیلوانیای آمریکا بوده است. نفت خام ، از کوره‌های مبدل حرارتی عبور کرده، بعد از گرم شدن وارد برجهای تقطیر شده و تحت فشار و دما به دو صورت از برجها خارج میشود و محصولات بدست آمده خالص نیستند. انواع برجهای تقطیر در زیر توضیح داده میشوند.
http://uc-njavan.ir/images/3obrgvj08xy8e0kygdzd.jpg
برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار
در برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار ، تعداد سینیها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینیها به مقدار مایع و گاز که در واحد زمان از یک سینی می‌گذرد، وابسته است. هر یک از سینیهای برج ، یک مرحله تفکیک است. زیرا روی این سینیها ، فاز گاز و مایع در کنار هم قرار می‌گیرند و کار انتقال ماده از فاز گازی به فاز مایع یا برعکس در هر یک از سینیها انجام میشود. برای اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد، باید زمان تماس میان دو فاز و سطح مشترک آنها به بیشترین حد ممکن برسد.
بخشهای مختلف برج تقطیر با سینی کلاهکدار
بدنه و سینیها: جنس بدنه معمولا از فولاد ریخته است. جنس سینیها معمولا از چدن است. فاصله سینیها را معمولا با توجه به شرایط طراحی ، درجه خلوص و بازدهی کار جداسازی بر می‌گزینند. در بیشتر پالایشگاههای نفت ، برای برجهای تقطیر به قطر 4ft فاصله میان 50 - 18 سانتیمتر قرار می‌دهند. با بیشتر شدن قطر برج ، فاصله بیشتری نیز برای سینیها در نظر گرفته میشود.
سرپوشها یا کلاهکها: جنس کلاهکها از چدن میباشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطیر انتخاب میشود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد سرعت مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد.
موانع یا سدها: برای کنترل بلندی سطح مایع روی سینی ، به هر سینی سدی به نام "وییر" (Wier) قرار می‌دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معنی جلوگیری کند. بلندی سطح مایع در روی سینی باید چنان باشد که گازهای بیرون آمده از شکافهای سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حد ممکن برسد. بر اثر افزایش زمان گذشتن حباب از مایع ، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده ، بازدهی سینیها بالا می‌رود.
برجهای تقطیر با سینیهای مشبک
در برجهای با سینی مشبک ، اندازه مجراها یا شبکه‌ها باید چنان برگزیده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که در بازدهی این سینیها موثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است. اگر این سینیها کاملا افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع در سطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها یکسان نخواهد بود.
خورندگی فلز سینیها هم در این نوع سینیها اهمیت بسیار دارد. زیرا بر اثر خورندگی ، قطر سوراخها زیاد میشود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد. و می‌دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد، مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.
برجهای تقطیر با سینیهای دریچه‌ای
این نوع سینیها مانند سینیهای مشبک هستند. با این اختلاف که دریچه‌ای متحرک روی هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از این سینیها بکار میروند:
انعطاف پذیر: همانطور که از نام آن برمی‌آید، دریچه‌ها می‌توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.
صفحات اضافی: در این نوع سینیها ، دو دریچه یکی سبک که در کف سینی قرار میگیرد و دیگری سنگین که بر روی سه پایه‌ای قرار گرفته ، تعبیه شده است. هنگامی که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در می‌آید. اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد، هر دو دریچه حرکت می‌کنند.
مقایسه انواع گوناگون سینیها
در صنعت نفت ، انواع گوناگون سینیها در برجهای تقطیر ، تفکیک و جذب بکار برده میشوند. ویژگیهایی که در گزینش نوع سینی برای کار معینی مورد توجه قرار میگیرد، عبارت است از: بازدهی تماس بخار و مایع ، ظرفیت سینی ، افت بخار در هنگام گذشتن از سینی ، زمان ماندن مایع بر روی سینی ، مشخصات مایع و ... . چون در صنعت بیشتر سینیهای کلاهکدار بکار برده میشوند، برای مقایسه مشخصات سینیهای دیگر ، آنها را نسبت به سینیهای کلاهکدار ارزیابی می‌کنند.
برجهای انباشته
در برجهای انباشته ، بجای سینیها از تکه‌ها یا حلقه‌های انباشتی استفاده میشود. در برجهای انباشته حلقه‌ها یا تکه‌های انباشتی باید به گونه‌ای برگزیده و در برج ریخته شوند که هدفهای زیر عملی گردد.
ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار
ایجاد فضا مناسب برای گذشتن سیال از بستر انباشته
جنس مواد انباشتی
این مواد باید چنان باشند که با سیال درون برج ، میل ترکیبی نداشته باشند.
استحکام مواد انباشتی
جنس مواد انباشتی باید به اندازه کافی محکم باشد تا بر اثر استفاده شکسته نشده و تغییر شکل ندهد.
شیوه قرار دادن مواد انباشتی
مواد انباشتی به دو صورت منظم و نامنظم درون برج قرار می‌گیرند.
پر کردن منظم: از مزایای این نوع پر کردن، کمتر بودن افت فشار است که در نتیجه میشود حجم بیشتر مایع را از آن گذراند.
پر کردن نامنظم: از مزایای این نوع پر کردن ، میتوان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد. ولی افت فشار بخار در گذر از برج زیاد خواهد بود.
http://uc-njavan.ir/images/v0t7b1akfttgxzzisbm4.jpg
مقایسه برجهای انباشته با برجهای سینی‌دار
در برجهای انباشته ، معمولا افت فشار نسبت به برجهای سینی‌دار کمتر است. ولی اگر در مایع ورودی برج ، ذرات معلق باشد، برجهای سینی‌دار بهتر عمل می‌کنند. زیرا در برجهای انباشته ، مواد معلق ته‌نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می‌گردد. اگر برج بیش از حد متوسط باشد، برج سینی‌دار بهتر است. زیرا اگر در برجهای انباشته قطر برج زیاد باشد، تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.
در برجهای سینی‌دار میتوان مقداری از محلول را به شکل فرایندهای کناری از برج بیرون کشید، ولی در برجهای انباشته این کار، شدنی نیست. کارهای تعمیراتی در درون برجهای سینی‌دار ، آسانتر انجام میگیرد. تمیز کردن برجهای انباشته ، از آنجا که باید پیش از هرچیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نمایم، بسیار پرهزینه خواهد بود.
انواع تقطیر
در اینجا ، منظور از تقطیر ، در واقع جداسازی فیزیکی برشهای نفتی در پالایشگاه است که اساس آن اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن ، سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج میشود. در این مقاله انواع روشهای تقطیر را در برج تقطیر بررسی می‌کنیم.
http://uc-njavan.ir/images/9grwuqh856fpew3138j.jpg
تقطیر تبخیر ناگهانی
در این نوع تقطیر ، مخلوطی از مواد نفتی که قبلا در مبدلهای حرارتی و یا کوره گرم شده‌اند، بطور مداوم به ظرف تقطیر وارد میشوند و تحت شرایط ثابت ، مقداری از آنها به صورت ناگهانی تبخیر میشوند. بخارات حاصله بعد از میعان و مایع باقیمانده در پایین برج بعد از سرد شدن به صورت محصولات تقطیر جمع آوری میشوند. در این نوع تقطیر ، خلوص محصولات چندان زیاد نیست.
تقطیر با مایع برگشتی (تقطیر همراه با تصفیه)
در این روش تقطیر ، قسمتی از بخارات حاصله در بالای برج ، بعد از میعان به صورت محصول خارج شده و قسمت زیادی به داخل برج برگردانده میشود. این مایع به مایع برگشتی موسوم است. مایع برگشتی با بخارات در حال صعود در تماس قرار داده میشود تا انتقال ماده و انتقال حرارت ، صورت گیرد. از آنجا که مایعات در داخل برج در نقطه جوش خود هستند، لذا در هر تماس مقداری از بخار ، تبدیل به مایع و قسمتی از مایع نیز تبدیل به بخار میشود.
نتیجه نهایی مجوعه این تماسها ، بخاری اشباع از هیدروکربنهای با نقطه جوش کم و مایعی اشباع از مواد نفتی با نقطه جوش زیاد میباشد.در تقطیر با مایع برگشتی با استفاده از تماس بخار و مایع ، میتوان محصولات مورد نیاز را با هر درجه خلوص تولید کرد، مشروط بر اینکه به مقدار کافی مایع برگشتی و سینی در برج موجود باشد. بوسیله مایع برگشتی یا تعداد سینیهای داخل برج می‌توانیم درجه خلوص را تغییر دهیم. لازم به توضیح است که ازدیاد مقدار مایع برگشتی باعث افزایش میزان سوخت خواهد شد. چون تمام مایع برگشتی باید دوباره به صورت بخار تبدیل شود.
امروزه به علت گرانی سوخت ، سعی میشود برای بدست آوردن خلوص بیشتر محصولات ، به جای ازدیاد مایع برگشتی از سینیهای بیشتری در برجهای تقطیر استفاده شود. زیاد شدن مایع برگشتی موجب زیاد شدن انرژی میشود. برای همین ، تعداد سینیها را افزایش می‌دهند. در ابتدا مایع برگشتی را 100درصد انتخاب کرده و بعد مرتبا این درصد را کم می‌کنند و به صورت محصول خارج می‌کنند تا به این ترتیب دستگاه تنظیم شود.
http://uc-njavan.ir/images/v0t7b1akfttgxzzisbm4.jpg
انواع مایع برگشتی
مایع برگشتی سرد: این نوع مایع برگشتی با درجه حرارتی کمتر از دمای بالای برج تقطیر برگردانده میشود. مقدار گرمای گرفته شده ، برابر با مجموع گرمای نهان و گرمای مخصوص مورد نیاز برای رساندن دمای مایع به دمای بالای برج است.
مایع برگشتی گرم: مایع برگشتی گرم با درجه حرارتی برابر با دمای بخارات خروجی برج مورد استفاده قرار میگیرد.
مایع برگشتی داخلی: مجموع تمام مایعهای برگشتی داخل برج را که از سینیهای بالا تا پایین در حرکت است، مایع برگشتی داخلی گویند. مایع برگشتی داخلی و گرم فقط قادر به جذب گرمای نهان میباشد. چون اصولا طبق تعریف اختلاف دمایی بین بخارات و مایعات در حال تماس وجود ندارد.
مایع برگشت دورانی: این نوع مایع برگشتی ، تبخیر نمی‌شود. بلکه فقط گرمای مخصوص معادل با اختلاف دمای حاصل از دوران خود را از برج خارج میکند. این مایع برگشتی با دمای زیاد از برج خارج شده و بعد از سرد شدن با درجه حرارتی کمتر به برج برمی‌گردد. معمولا این نوع مایع برگشتی در قسمتهای میانی یا درونی برج بکار گرفته میشود و مایع برگشتی جانبی هم خوانده میشود. اثر عمده این روش ، تقلیل حجم بخارات موجود در برج است.
نسبت مایع برگشتی
نسبت حجم مایع برگشتی به داخلی و محصول بالایی برج را نسبت مایع برگشتی گویند. از آنجا که محاسبه مایع برگشتی داخلی نیاز به محاسبات دقیق دارد، لذا در پالایشگاهها ، عملا نسبت مایع برگشتی بالای برج به محصول بالایی را به عنوان نسبت مایع برگشتی بکار می‌برند.
تقطیر نوبتی
این نوع تقطیرها در قدیم بسیار متداول بوده، ولی امروزه بعلت نیاز نیروی انسانی و ضرورت ظرفیت زیاد ، این روش کمتر مورد توجه قرار میگیرد. امروزه تقطیر نوبتی ، صرفا در صنایع دارویی و رنگ و مواد آرایشی و موارد مشابه بکار برده میشود و در صنایع پالایش نفت در موارد محدودی مورد استفاده قرار میگیرد. بنابراین در موارد زیر ، تقطیر نوبتی از نظر اقتصادی قابل توجه میباشد.
تقطیر در مقیاس کم
ضرورت تغییرات زیاد در شرایط خوراک و محصولات مورد نیاز
استفاده نامنظم از دستگاه
تفکیک چند محصولی
عملیات تولید متوالی با فرآیندهای مختلف
http://uc-njavan.ir/images/utfjuhh475j6nqf3oj13.jpg
تقطیر مداوم
امروزه بعلت اقتصادی بودن مداوم در تمام عملیات پالایش نفت از این روش استفاده میشود. در تقطیر مداوم برای یک نوع خوراک مشخص و برشهای تعیین شده شرایط عملیاتی ثابت بکار گرفته میشود. بعلت ثابت بودن شرایط عملیاتی در مقایسه با تقطیر نوبتی به مراقبت و نیروی انسانی کمتری احتیاج است. با استفاده از تقطیر مداوم در پالایشگاهها مواد زیر تولید میشود:
گاز اتان و متان بعنوان سوخت پالایشگاه ، گاز پروپان و بوتان بعنوان گاز مایع و خوراک واحدهای پتروشیمی ، بنزین موتور و نفتهای سنگین بعنوان خوراک واحدهای تبدیل کاتالیستی برای تهیه بنزین با درجه آروماتیسیته بالاتر ، حلالها ، نفت سفید ، سوخت جت سبک و سنگین ، نفت گاز ، خوراک واحدهای هیدروکراکینگ و واحدهای روغن سازی ، نفت کوره و انواع آسفالتها.
بطور کلی برج تقطیر شامل 4 قسمت اصلی می باشد:
1. برج (Tower)
2. سیستم جوشاننده (Reboiler)
3. سیستم چگالنده (Condensor)
4. تجهیزات جانبی شامل: انواع سیستمهای کنترل کننده، مبدلهای حرارتی میانی، پمپها و مخازن جمع آوری محصول.
• برج (Tower)
بطور کلی برجهایی که در صنعت جهت انجام عمل تقطیر مورد استفاده قرار می گیرند، به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:
1. برجهای سینی دار (Tray Towers)
2. برجهای پرشده (Packed Towers)
برجهای سینی دار بر اساس نوع سینی های به کاررفته در آن به 4 دسته تقسیم می شوند:
1. برجهای سینی دار از نوع کلاهکی (فنجانی) (Bubble Cap Towers)
2. برجهای سینی دار از نوع غربالی (Sieve Tray Towers)
3. برجهای سینی دار از نوع دریچه ای(Valve Tray Towers)
4. برجهای سینی دار از نوع فورانی (Jet Tray Towers)
هر کدام از انواع برجهای مذکور دارای مزایا و معایبی هستند که در بخشهای بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت.
طرز کار یک برج سینی دار
بطور کلی فرآیندی که در یک برج سینی دار اتفاق می افتد، عمل جداسازی مواد است. همانطور که ذکر شد فرآیند مذکور به طور مستقیم یا عیرمستقیم انجام می پذیرد.
در فرآیند تقطیر منبع حرارتی (Reboiler)، حرارت لازم را جهت انجام عمل تقطیر و تفکیک مواد سازنده یک محلول تأمین میکند. بخار بالارونده از برج با مایعی که از بالای برج به سمت پایین حرکت می کند، بر روی سینی ها تماس مستقیم پیدا می کنند. این تماس باعث ازدیاد دمای مایع روی سینی شده و نهایتا باعث نزدیک شدن دمای مایع به دمای حباب می گردد. با رسیدن مایع به دمای حباب به تدریج اولین ذرات بخار حاصل می شود که این بخارات غنی از ماده فرار (ماده ای که از نقطه جوش کمتری و یا فشار بالاتری برخوردار است) می باشد.از طرفی دیگر در فاز بخار موادی که از نقطه جوش کمتری برخوردار هستند، تحت عمل میعان قرار گرفته و بصورت فاز مایع به سمت پایین برج حرکت می کند. مهمترین عملکرد یک برج ایجاد سطح تماس مناسب بین فازهای بخار و مایع است. هر چه سطح تماس افزایش یابد عمل تفکیک با راندمان بالاتری صورت میگیرد. البته رژیم جریان مایع بر روی سینی نیز از جمله عوامل مهم بر عملکرد یک برج تفکیک می باشد.
اینک به بیان عبارات و اصطلاحاتی که در این ارتباط (فرآیند تقطیر) کاربرد زیادی دارد پرداخته می شود.
خوراک (Feed)
مخلوط ورودی به داخل برج که ممکن است مایع، گاز و یا مخلوطی از مایع و گاز باشد، خوراک (Feed) نام دارد. معمولا محل خوراک در نقطه مشخصی از برج است که از قبل تعیین می شود. در برجهای سینی دار محل ورودی خوراک را سینی خوراک یا (Feed Tray) می نامند. از جمله مشخصات مهم سینی خوراک این است که از نقطه نظر درجه حرارت و ترکیب نسبی (کسر مولی) ، جزء مورد نظر با خوراک ورودی مطابقت داشته باشد. البته محل خوراک ورودی به حالت فیزیکی خوراک نیز بستگی دارد. معمولا اگر خوراک بصورت مایع باشد، همراه با مایعی که از سینی بالایی سرازیر می شود به درون سینی خوراک وارد می گردد. اگر خوراک بصورت بخار باشد معمولا آن را از زیر سینی خوراک وارد می کنند و اگر خوراک بصورت مخلوطی از مایع و بخار باشد، بهتر است که ابتدا فاز مایع و بخار را از هم جدا نموده و سپس به طریقی که گفته شد خوراک را وارد برج نمایند. ولی عملا به منظور صرفه جویی از هزینه های مربوط به تفکیک دو فاز بخار و مایع، عمل جداسازی به ندرت صورت می گیرد.
محصول بالاسری (Overhead Product)
آنچه از بالی برج به عنوان خروجی از آن دریافت می شود محصول بالاسری نامیده می شود که معمولا غنی از جزئی که از نقطه جوش کمتری برخوردار است می باشد.
محصول ته مانده (Bottom Product)
ماده ای که از پایین برج خارج می شود ته مانده یا محصول انتهایی (Bottom) نام دارد و معمولا غنی از جزء یا اجزائ سنگین تر (که از نقطه جوش بالاتری برخوردار می باشند) خواهد بود.
نسبت برگشت (پس ریز) (Reflux Ratio)
نسبت مقدار مایع برگشتی به برج بر حسب مول یا وزن به مایع یا بخاری که به عنوان محصول از سیستم خارج می شود را نسبت برگشتی می گویند و آن را با حرف R نشان می دهند.
نسبت برگشتی و اثرات آن بر شرایط کارکرد برج
با افزایش نسبت مایع برگشتی تعداد سینی های مورد نیاز جهت تفکیک (طول برج) کاهش می یابد، اما در مقابل آن بار حرارتی کندانسور و جوش آور و مقادیر بخار و مایع در طول برج افزایش می یابد. در این صورت نه تنها لازم است سطوح گرمایی مورد نیاز به آنها اضافه شود، بلکه به دلیل افزایش میزلن جریان مایع و بخار سطح مقطع برج نیز افزایش می یابد.
هنگامی که مقدار R زیاد باشد تعداد مراحل و طول برج به کمترین مقدار خود می رسد و تمام محصول بالاسری به عنوان مایع برگشتی وارد برج می شود و این حالت را برگشت کامل یا (Total Reflux) می نامند.
در شرایطی که R در کمترین مقدار خود باشد طول برج و تعداد مراحل در بیشترین مقدار خود خواهد بود و عمل تفکیک به شکل کاملی انجام نخواهد شد. مقدار عملی R معمولا بین حالت برگشت کامل و حداقل میزان R است. در بیشتر موارد مقدار مایع برگشتی بر روی درجه حرارت برج نیز تأثیر می گذارد. معمولا در یک برج تقطیر دمای انتهای آن به مراتب بیشتر از دمای پایین آن است و این اختلاف دما در طول برج وجود خواهد داشت. میزان جریان برگشتی به عنوان یک عامل کنترلی بر روی درجه حرارت سیستم خواهد بود.
• جوش آور (Reboiler)
جوش آورها که معمولا در قسمت های انتهای برج و کنارآن قرار داده می شود، وظیفه تأمین حرارت یا انرژی لازم را برای انجام عمل تقطیر به عهده دارند.
معمولا جوش آورها به عنوان یک مرحله تعادلی در عمل تقطیر و به عنوان یک سینی در برجهای سینی دار در نظر گرفته می شوند.
انواع جوش آورها
مهمترین انواع جوش آورها که در صنایع شیمیایی کاربرد زیادی دارند، عبارتند از:
1. دیگهای پوشش (Jacketted Kettle)
2. جوش آورهای داخلی (Internal Reboiler)
3. جوش آور نوع Kettle
4. جوش آور ترموسیفونی عمودی (Vertical Termosiphon Reboiler)
5. جوش آور ترموسیفونی افقی (Horizontal Thermosiphon Reboiler)
6. جوش آور از نوع سیرکولاسیون اجباری (Forced Circulation Reboiler)
در جوش آورهای ترموسیفونی یا جوش آورهای با گردش طبیعی، حرکت سیال بر اساس اختلاف دانسیته نقاط گرم و سرد صورت می پذیرد. این پدیده می تواند به دو صورت انجام پذیرد که عبارتند از :
1. جوش آوری با یکبار ورود سیال (Once – Thorugh Reboiler)
2. جوش آور با چرخش سیال (Recirculating Reboiler)
معیارهای موجود برای انتخاب جوش آور مناسب
بطور کلی نکاتی که در انتخاب یک جوش آور باید مد نظر قرار گیرد عبارتند از :
1. سرعت انتقال (حداقل سطح)
2. فضا و خطوط لوله لازم
3. سهولت نگهداری
4. تمایل به رسوب و جرم گذاری سیال
5. زمان اقامت سیال در فرآیند
6. پیداری عملیاتی
7. هزینه عملیاتی
8. افزایش میزان بخار تولیدی
هر کدام از جوش آورها مزایا و معایبی دارد که در کتب مرجع جمع آوری شده است. از این داده ها می توان برای طراحی اولیه کمک گرفت. ولی بطور کلی متداولترین و اقتصادی ترین
جوش آوری که در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد نوع ترموسیفونی می باشد، خصوصا نوع افقی آن که در سیستمهای تقطیر کاربرد زیادی دارد.
انتخاب نوع Reboiler
انتخاب نوع Reboiler یا جوش آور به عوامل زیر بستگی دارد:
1. خواص فیزیکی سیال بویژه ویسکوزیته و تمایل به رسوبدهی سیال
2. فشار عملیات (خلأ یا تحت فشار)
3. روش قرار گرفتن تجهیزات و فضای قابل استفاده
مزایای جوش آورهای ترموسیفونی افقی
1. ابعاد واحدهای افقی از نقطه نظر طول لوله ها و وزن محدودیتی نداشته و بنابراین برای سطوح حرارتی بزرگ، نصب واحدهای افقی مطلوبتر و آسانتر می باشد.
2. از آنجائیکه در جوش آورهای ترموسیفونی افقی، سیال در داخل پوسته حرکت می نماید، از نظرعدم رسوب و جرم گذاری و سهولت در نگهداری و استفاده از آنها ترجیح دارد.
3. این جوش آورها از نظر طراحی هیدرولیکی سطوح مایع مجاز در سیستم، منعطف تر می باشند و جریان های با گرد بالایی را می توان بدون هیچ مشکلی در آن ایجاد نمود.
4. جوش آورهای ترموسیفونی افقی نسبت به نوع عمودی، افزایش نقطه جوش کمتری دارند و این مسئله در موارد خاصی کخ سیال نسبت به دما حساس بوده و یا سیستم در حالت خلأ عمل می نماید مزیتی مهم محسوب می گردد.
• چگالنده (Condenser)
نقش چگالنده در واقع تبدیل بخارات حاصل از عمل حرارت دهی به مخلوط، به مایع می باشد. این امر در اصطلاح میعان یا چگالش نامیده می شود و دستگاهی که در آن عمل مذکور انجام می شود چگالنده نام دارد. به طور کلی چگالنده ها به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:
1. چگالنده های کامل (Total Condenser)
2. چگالنده های جزئی (Partial Condenser)
در صورتیکه تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی ازآن وارد برج شده و بخش دیگر وارد مخزن جمع آوری محصول گردد عمل میعان کامل (Total Condensation) انجام شده است. اما اگر بخشی از بخارات حاصل مایع شده و بخش دیگر به صورت بخار از کندانسور خارج شود به آن یک کندانسور جزئی گفته می شود. در کتب مرجع راهنمای انتخاب نوع کندانسور همراه با ضرایب انتقال حرارت کندانسور تهیه شده است.
برج تقطير:
http://uc-njavan.ir/images/zht5tw2zne9xflk2jdx.jpg
.
تقطير
استفاده از اختلاف نقطه جوشبراي جداسازي اجزاي يک مخلوط مايع اساس فرآيند تقطير را تشکيل مي دهد . در بيشتر موارد موادي که اختلاف نقطه ي جوش آنها قابل توجه است را مي توان به وسيله حرارت دادن تفکيک نمود در اين صورت ماده با دماي جوش پايين تر ، سريعتر به جوش آمده و ماده با دما جوش بالا باقي مي ماند و اين امر اساس فرايند تقطير را تشکيل مي دهد. اجزايي را که در اثر حرارت دادن بخار مي شوند وارد سرد کننده مي کنند تا به صورت مايع جمع آوري گردد.
برجهاي تقطير سيني دار
طرز کار يک برج سيني دار
بطور کلي فرآيندي که در يک برج سيني دار اتفاق مي افتد، عمل جداسازي مواد است. همانطور که ذکر شد فرآيند مذکور به طور مستقيم يا عيرمستقيم انجام مي پذيرد.
در فرآيند تقطير منبع حرارتي (Reboiler)، حرارت لازم را جهت انجام عمل تقطير و تفکيک مواد سازنده يک محلول تأمين ميکند. بخار بالارونده از برج با مايعي که از بالاي برج به سمت پايين حرکت مي کند، بر روي سيني ها تماس مستقيم پيدا مي کنند. اين تماس باعث ازدياد دماي مايع روي سيني شده و نهايتا باعث نزديک شدن دماي مايع به دماي حباب مي گردد. با رسيدن مايع به دماي حباب به تدريج اولين ذرات بخار حاصل مي شود که اين بخارات غني از ماده فرار (ماده اي که از نقطه جوش کمتري و يا فشار بالاتري برخوردار است) مي باشد.از طرفي ديگر در فاز بخار موادي که از نقطه جوش کمتري برخوردار هستند، تحت عمل ميعان قرار گرفته و بصورت فاز مايع به سمت پايين برج حرکت مي کند. مهمترين عملکرد يک برج ايجاد سطح تماس مناسب بين فازهاي بخار و مايع است. هر چه سطح تماس افزايش يابد عمل تفکيک با راندمان بالاتري صورت ميگيرد. البته رژيم جريان مايع بر روي سيني نيز از جمله عوامل مهم بر عملکرد يک برج تفکيک مي باشد.
برجهاي تقطير با سيني کلاهکدار
در برجهاي تقطير با سيني کلاهکدار ، تعداد سينيها در مسير برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکيک بستگي دارد. قطر برج و فاصله ميان سينيها به مقدار مايع و گاز که در واحد زمان از يک سيني مي‌گذرد، وابسته است. هر يک از سيني‌هاي برج ، يک مرحله تفکيک است. زيرا روي اين سينيها ، فاز گاز و مايع در کنار هم قرار مي‌گيرند و کار انتقال ماده از فاز گازي به فاز مايع يا برعکس در هر يک از سينيها انجام مي‌شود. براي اينکه بازدهي انتقال ماده در هر سيني به بيشترين حد برسد، بايد زمان تماس ميان دو فاز و سطح مشترک آنها به بيشترين حد ممکن برسد.
بخشهاي مختلف برج تقطير با سيني کلاهکدار
بدنه و سينيها: جنس بدنه معمولا از فولاد ريخته است. جنس سينيها معمولا از چدن است. فاصله سينيها را معمولا با توجه به شرايط طراحي ، درجه خلوص و بازدهي کار جداسازي بر مي‌گزينند. در بيشتر پالايشگاههاي نفت ، براي برجهاي تقطير به قطر 4ft فاصله ميان 50 - 18 سانتيمتر قرار مي‌دهند. با بيشتر شدن قطر برج ، فاصله بيشتري نيز براي سينيها در نظر گرفته مي‌شود.
سرپوشها يا کلاهکها: جنس کلاهکها از چدن مي‌باشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطير انتخاب مي‌شود و تعدادشان در هر سيني به بيشترين حد سرعت مجاز عبور گاز از سيني بستگي دارد.
موانع يا سدها: براي کنترل بلندي سطح مايع روي سيني ، به هر سيني سدي به نام "ويير" (wier) قرار مي‌دهند تا از پايين رفتن سطح مايع از حد معني جلوگيري کند. بلندي سطح مايع در روي سيني بايد چنان باشد که گازهاي بيرون آمده از شکافهاي سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بيشترين حد ممکن برسد. بر اثر افزايش زمان گذشتن حباب از مايع ، زمان تماس گاز و مايع زياد شده ، بازدهی سینیها بالا می‌رود.
برجهای تقطیر با سینیهای مشبک
در برجهای با سینی مشبک ، اندازه مجراها یا شبکه‌ها باید چنان برگزیده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که در بازدهی این سینیها موثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است. اگر این سینیها کاملا افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع در سطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها یکسان نخواهد بود.
خورندگی فلز سینیها هم در این نوع سینیها اهمیت بسیار دارد. زیرا بر اثر خورندگی ، قطر سوراخها زیاد میشود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد. و می‌دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد، مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.
برجهای تقطیر با سینیهای دریچه‌ای
این نوع سینیها مانند سینیهای مشبک هستند. با این اختلاف که دریچه‌ای متحرک روی هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از این سینیها بکار میروند:
انعطاف پذیر: همانطور که از نام آن برمی‌آید، دریچه‌ها می‌توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.
صفحات اضافی: در این نوع سینیها ، دو دریچه یکی سبک که در کف سینی قرار میگیرد و دیگری سنگین که بر روی سه پایه‌ای قرار گرفته ، تعبیه شده است. هنگامی که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در می‌آید. اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد، هر دو دریچه حرکت می‌کنند.
مقایسه انواع گوناگون سینیها
در صنعت نفت ، انواع گوناگون سینیها در برجهای تقطیر ، تفکیک و جذب بکار برده میشوند. ویژگیهایی که در گزینش نوع سینی برای کار معینی مورد توجه قرار میگیرد، عبارت است از: بازدهی تماس بخار و مایع ، ظرفیت سینی ، افت بخار در هنگام گذشتن از سینی ، زمان ماندن مایع بر روی سینی ، مشخصات مایع و ... . چون در صنعت بیشتر سینیهای کلاهکدار بکار برده میشوند، برای مقایسه مشخصات سینیهای دیگر ، آنها را نسبت به سینیهای کلاهکدار ارزیابی می‌کنند.
برجهای انباشته
در برجهای انباشته ، بجای سینیها از تکه‌ها یا حلقه‌های انباشتی استفاده میشود. در برجهای انباشته حلقه‌ها یا تکه‌های انباشتی باید به گونه‌ای برگزیده و در برج ریخته شوند که هدفهای زیر عملی گردد.
ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار
ایجاد فضا مناسب برای گذشتن سیال از بستر انباشته
جنس مواد انباشتی
این مواد باید چنان باشند که با سیال درون برج ، میل ترکیبی نداشته باشند.
__________________
به بغض در نفس پیچیده سوگند
به گل های به خون غلتیده سوگند
به مادر سوگوار جاودانه که داغ نوجوانان دیده سوگند
خدایا حادثه در انتظار است
به هر سو باد وحشی درگذار است
به فکر قتل عام لاله ها باش
که خواب گل به گل کابوس خار است
تشكر از اين پست گلبرگ نقره ای
2009/6/03 #5 (لینک پست)
حــامد
متخصص فرآیندهای پالایشی
تاريخ عضويت: 2009/3
محل سكونت: تهران
پست ها: 1,676
رشته: مهندسی شیمی
تشكر ها: 2,943
تشكر شده: 3,901
امتیاز: 5603
استحکام مواد انباشتی
جنس مواد انباشتی باید به اندازه کافی محکم باشد تا بر اثر استفاده شکسته نشده و تغییر شکل ندهد.
شیوه قرار دادن مواد انباشتی
مواد انباشتی به دو صورت منظم و نامنظم درون برج قرار می‌گیرند.
پر کردن منظم: از مزایای این نوع پر کردن، کمتر بودن افت فشار است که در نتیجه میشود حجم بیشتر مایع را از آن گذراند.
پر کردن نامنظم: از مزایای این نوع پر کردن ، میتوان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد. ولی افت فشار بخار در گذر از برج زیاد خواهد بود.
مقایسه برجهای انباشته با برجهای سینی‌دار
در برجهای انباشته ، معمولا افت فشار نسبت به برجهای سینی‌دار کمتر است. ولی اگر در مایع ورودی برج ، ذرات معلق باشد، برجهای سینی‌دار بهتر عمل می‌کنند. زیرا در برجهای انباشته ، مواد معلق ته‌نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می‌گردد. اگر برج بیش از حد متوسط باشد، برج سینی‌دار بهتر است. زیرا اگر در برجهای انباشته قطر برج زیاد باشد، تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.
در برجهای سینی‌دار میتوان مقداری از محلول را به شکل فرایندهای کناری از برج بیرون کشید، ولی در برجهای انباشته این کار، شدنی نیست. کارهای تعمیراتی در درون برجهای سینی‌دار ، آسانتر انجام میگیرد. تمیز کردن برجهای انباشته ، از آنجا که باید پیش از هرچیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نمایم، بسیار پرهزینه خواهد بود.
اینک به معرفی چند اصطلاح پرکاربرد در فرایند تقطیر می پردازیم
خوراک (Feed)
مخلوط ورودی به داخل برج که ممکن است مایع، گاز و یا مخلوطی از مایع و گاز باشد، خوراک (Feed) نام دارد. معمولا محل خوراک در نقطه مشخصی از برج است که از قبل تعیین می شود. در برجهای سینی دار محل ورودی خوراک را سینی خوراک یا (Feed Tray) می نامند. از جمله مشخصات مهم سینی خوراک این است که از نقطه نظر درجه حرارت و ترکیب نسبی (کسر مولی) ، جزء مورد نظر با خوراک ورودی مطابقت داشته باشد. البته محل خوراک ورودی به حالت فیزیکی خوراک نیز بستگی دارد. معمولا اگر خوراک بصورت مایع باشد، همراه با مایعی که از سینی بالایی سرازیر می شود به درون سینی خوراک وارد می گردد. اگر خوراک بصورت بخار باشد معمولا آن را از زیر سینی خوراک وارد می کنند و اگر خوراک بصورت مخلوطی از مایع و بخار باشد، بهتر است که ابتدا فاز مایع و بخار را از هم جدا نموده و سپس به طریقی که گفته شد خوراک را وارد برج نمایند. ولی عملا به منظور صرفه جویی از هزینه های مربوط به تفکیک دو فاز بخار و مایع، عمل جداسازی به ندرت صورت می گیرد.
محصول بالاسری (Overhead Product)
آنچه از بالی برج به عنوان خروجی از آن دریافت می شود محصول بالاسری نامیده می شود که معمولا غنی از جزئی که از نقطه جوش کمتری برخوردار است می باشد.
محصول ته مانده (Bottom Product)
ماده ای که از پایین برج خارج می شود ته مانده یا محصول انتهایی (Bottom) نام دارد و معمولا غنی از جزء یا اجزائ سنگین تر (که از نقطه جوش بالاتری برخوردار می باشند) خواهد بود.
نسبت برگشت (پس ریز) (Reflux Ratio)
نسبت مقدار مایع برگشتی به برج بر حسب مول یا وزن به مایع یا بخاری که به عنوان محصول از سیستم خارج می شود را نسبت برگشتی می گویند و آن را با حرف R نشان می دهند.
نسبت برگشتی و اثرات آن بر شرایط کارکرد برج
با افزایش نسبت مایع برگشتی تعداد سینی های مورد نیاز جهت تفکیک (طول برج) کاهش می یابد، اما در مقابل آن بار حرارتی کندانسور و جوش آور و مقادیر بخار و مایع در طول برج افزایش می یابد. در این صورت نه تنها لازم است سطوح گرمایی مورد نیاز به آنها اضافه شود، بلکه به دلیل افزایش میزلن جریان مایع و بخار سطح مقطع برج نیز افزایش می یابد.
هنگامی که مقدار R زیاد باشد تعداد مراحل و طول برج به کمترین مقدار خود می رسد و تمام محصول بالاسری به عنوان مایع برگشتی وارد برج می شود و این حالت را برگشت کامل یا (Total Reflux) می نامند.
در شرایطی که R در کمترین مقدار خود باشد طول برج و تعداد مراحل در بیشترین مقدار خود خواهد بود و عمل تفکیک به شکل کاملی انجام نخواهد شد. مقدار عملی R معمولا بین حالت برگشت کامل و حداقل میزان R است. در بیشتر موارد مقدار مایع برگشتی بر روی درجه حرارت برج نیز تأثیر می گذارد. معمولا در یک برج تقطیر دمای انتهای آن به مراتب بیشتر از دمای پایین آن است و این اختلاف دما در طول برج وجود خواهد داشت. میزان جریان برگشتی به عنوان یک عامل کنترلی بر روی درجه حرارت سیستم خواهد بود.
• جوش آور (Reboiler)
جوش آورها که معمولا در قسمت های انتهای برج و کنارآن قرار داده می شود، وظیفه تأمین حرارت یا انرژی لازم را برای انجام عمل تقطیر به عهده دارند.
معمولا جوش آورها به عنوان یک مرحله تعادلی در عمل تقطیر و به عنوان یک سینی در برجهای سینی دار در نظر گرفته می شوند.
انواع جوش آورها
مهمترین انواع جوش آورها که در صنایع شیمیایی کاربرد زیادی دارند، عبارتند از:
1. دیگهای پوشش (Jacketted Kettle)
2. جوش آورهای داخلی (Internal Reboiler)
3. جوش آور نوع Kettle
4. جوش آور ترموسیفونی عمودی (Vertical Termosiphon Reboiler)
5. جوش آور ترموسیفونی افقی (Horizontal Thermosiphon Reboiler)
6. جوش آور از نوع سیرکولاسیون اجباری (Forced Circulation Reboiler)
در جوش آورهای ترموسیفونی یا جوش آورهای با گردش طبیعی، حرکت سیال بر اساس اختلاف دانسیته نقاط گرم و سرد صورت می پذیرد. این پدیده می تواند به دو صورت انجام پذیرد که عبارتند از :
1. جوش آوری با یکبار ورود سیال (Once – Thorugh Reboiler)
2. جوش آور با چرخش سیال (Recirculating Reboiler)
معیارهای موجود برای انتخاب جوش آور مناسب
بطور کلی نکاتی که در انتخاب یک جوش آور باید مد نظر قرار گیرد عبارتند از :
1. سرعت انتقال (حداقل سطح)
2. فضا و خطوط لوله لازم
3. سهولت نگهداری
4. تمایل به رسوب و جرم گذاری سیال
5. زمان اقامت سیال در فرآیند
6. پیداری عملیاتی
7. هزینه عملیاتی
8. افزایش میزان بخار تولیدی
هر کدام از جوش آورها مزایا و معایبی دارد که در کتب مرجع جمع آوری شده است. از این داده ها می توان برای طراحی اولیه کمک گرفت. ولی بطور کلی متداولترین و اقتصادی ترین
جوش آوری که در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد نوع ترموسیفونی می باشد، خصوصا نوع افقی آن که در سیستمهای تقطیر کاربرد زیادی دارد.
انتخاب نوع Reboiler
انتخاب نوع Reboiler یا جوش آور به عوامل زیر بستگی دارد:
1. خواص فیزیکی سیال بویژه ویسکوزیته و تمایل به رسوبدهی سیال
2. فشار عملیات (خلأ یا تحت فشار)
3. روش قرار گرفتن تجهیزات و فضای قابل استفاده
مزایای جوش آورهای ترموسیفونی افقی
1. ابعاد واحدهای افقی از نقطه نظر طول لوله ها و وزن محدودیتی نداشته و بنابراین برای سطوح حرارتی بزرگ، نصب واحدهای افقی مطلوبتر و آسانتر می باشد.
2. از آنجائیکه در جوش آورهای ترموسیفونی افقی، سیال در داخل پوسته حرکت می نماید، از نظرعدم رسوب و جرم گذاری و سهولت در نگهداری و استفاده از آنها ترجیح دارد.
3. این جوش آورها از نظر طراحی هیدرولیکی سطوح مایع مجاز در سیستم، منعطف تر می باشند و جریان های با گرد بالایی را می توان بدون هیچ مشکلی در آن ایجاد نمود.
4. جوش آورهای ترموسیفونی افقی نسبت به نوع عمودی، افزایش نقطه جوش کمتری دارند و این مسئله در موارد خاصی کخ سیال نسبت به دما حساس بوده و یا سیستم در حالت خلأ عمل می نماید مزیتی مهم محسوب می گردد.
• چگالنده (Condenser)
نقش چگالنده در واقع تبدیل بخارات حاصل از عمل حرارت دهی به مخلوط، به مایع می باشد. این امر در اصطلاح میعان یا چگالش نامیده می شود و دستگاهی که در آن عمل مذکور انجام می شود چگالنده نام دارد. به طور کلی چگالنده ها به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:
1. چگالنده های کامل (Total Condenser)
2. چگالنده های جزئی (Partial Condenser)
در صورتیکه تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی ازآن وارد برج شده و بخش دیگر وارد مخزن جمع آوری محصول گردد عمل میعان کامل (Total Condensation) انجام شده است. اما اگر بخشی از بخارات حاصل مایع شده و بخش دیگر به صورت بخار از کندانسور خارج شود به آن یک کندانسور جزئی گفته می شود. در کتب مرجع راهنمای انتخاب نوع کندانسور همراه با ضرایب انتقال حرارت کندانسور تهیه شده است.
__________________
پاسخ : روش تقطیر در برج تقطیر پترو شیمی
ممنون پارمیدا جان از اطلاعاتی که دادین.
اینارو باید تو پالایشگاه دید و لمس کرد. وقتی کنار یه برج وایمیستی به عظمتش پی میبری. نمیدونم شما تو صنعت هم رفتین یا نه ولی اگه نرفتین برای یک با هم شده برید و تمام واحدهای یک پالایشگاه رو از نزدیک ببینید.
سعی میکنم شرح فرایند واحدهای پالایشگاهی رو بذارم تا دوستان بتونن استفاده بکنن.
پاسخ : روش تقطیر در برج تقطیر پترو شیمی
عنوان : تقطیر و برج تقطیر
كلمات كليدي: تقطير، برج تقطير، انواع تقطير، برج پرشده، برج سيني دار
منظور از تقطیر، در واقع جداسازی فیزیکی برش های نفتی در پالایشگاه است که اساس آن اختلاف در نقطه جوش هیدروکربن های مختلف است است.هرچه هیدروکربن ،سنگین تر باشد ، نقطه جوش آن زیادتر است و بلعکس.
انواع تقطیر عبارتند از: 1-تقطیر تبخیر ناگهانی 2- تقطیر با مایع برگشتی 3-تقطیر نوبتی 4-تقطیر مداوم.
1-تقطیر تبخیر ناگهانی:
دراین نوع تقطیر،خطوطی از مواد نفتی که قبلاً در مبدل های حرارتی و یا کوره گرم شده اند، بطورمداوم به ظرف تقطیر وارد می شوند و تحت شرایط ثابت، مقدار ی ازآنها بصورت ناگهانی تبخیر میشوند. بخارهای حاصل بعد ازمیعان ومایع باقی مانده درپایین برج بعدازسردشدن بصورت محصولات تقطیرجمع آوری میشوند.عیب این نوع تقطیر،خلوص بسیارکم محصولات است.
2-تقطیر با مایع برگشتی:
اگر در روش 1 بخار حاصل را بعد از مایع کردن دوباره به داخل برج برگردانیم -این مایع،مایع برگشتی خوانده می شود-. تقطیر با مایع برگشتی خوانده میشود. در این روش مایع برگشتی با بخارات در حال صعود در تماس قرار داده می شود تا انتقال ماده و انتقال حرارت، صورت گیرد.از آنجا که مایعات در داخل برج در نقطه جوش خود هستند،پس در هر تماس از بخار،تبدیل به مایع می شودو بلعکس.
در نهایت تماس ها منجر به فراهم آمدن بخاری اشباع از هیدرو کربن ها با نقطه جوش کم و مایعی اشباع از مواد نفتی با نقطه جوش زیاد میباشد.
دراین روش، بخاطر استفاده از تماس بخار و مایع میتوان محصولات مورد نیاز را با هر درجه خلوص تولید کرد،البته به شرط اینکه به مقدار کافی مایع بر گشتی وسینی در برج موجود باشد . ابزار ما برای تغییر درجه جوش در این روش مقدار مایع برگشتی و یا تعداد سینی های داخل برج می باشد.
باید به این نکته توجه کرد که با افزایش مایع برگشتی به منظور افزایش درجه خلوص به همان مقدار مصرف سوخت نیز بالا می رود، چون این از نظر اقتصادی برای ما بصرفه نیست، تعداد سینی ها را در برج افزایش می دهیم.
3- تقطیر نوبتی:
این نوع تقطیر در قدیم بسیار متداول بوده، ولی امروز بعلت نیاز نیروی انسانی و ضرورت ظرفیت زیاد ، این روش کمتر مورد توجه قرار میگیرد . این روش صرفاً در صنایع دارویی و رنگ و مواد آرایشی و مواد مشابه بکار برده میشود و در صنایع پالایش نفت در موارد محدود مورد استفاده قرار می گیرد.بنابراین در موارد زیر،تقطیر نوبتی از نظر اقتصادی قابل توجه میباشد:
1- تقطیردر مقیاس کم 2- ضرورت تغییرات زیاد در شرایط خوراک محصولات مورد نیاز3-استفاده نامنظم از دستگاه4-تفکیک چند محصولی5-عملیات تولید متوالی با فرآیند های مختلف.
4- تقطیر مداوم:
امروز از این روش به دلیل اقتصادی بودن درتمام عملیات پالایش نفت استفاده می شود.در این روش برای یک نوع مخلوط ورودی مشخص و برش های تعیین شده شرایط عملیاتی ثابت بکار گرفته می شود. به همین علت در مقایسه با روش تقطیر نوبتی به مراقبت و نیروی انسانی کمتری احتیاج دارد.
محصولات روش تقطیر مداوم عبارتند از:
1- گاز اتان و متان بعنوان سوخت پالایشگاه 2-گاز پروپان و بوتان بعنوان گاز مایع و خوراک واحدهای پتروشیمی 3- بنزین موتور و نفتهای سنگین بعنوان خوراک واحد های تبدیل کاتالیستی برای تهیه بنزین بادرجه آروماتیسیته بالاتر 4-حلال ها 5- نفت سفید6- سوخت جت سبک و سنگین 7- نفت گاز 8- خوراک واحد های هیدرو کراکینگ و واحد های روغن سازی 9- نفت کوره و 10- انواع آسفالت ها.
در این روش ابتدا نفت خام را تا حدود 400 گرم می کنند تا بخاری داغ و مخلوطی سیال تولید کند که وارد برج تقطیر می شود. در این برج بخارها بالا می روند و درنقاط مختلف و درطول برج متراکم و به مایع تبدیل می شوند. اجزایی که نقطه جوش کمتری دارند(یعنی فرار ترند)بیشتر از اجزایی که نقطه جوش بیشتری دارند ،به حالت گاز باقی می مانند. این تفاوت در گستره های نقطه جوش امکان می دهد که اجزای نفت از هم جدا شوند. به همان طریقی که در یک تقطیر آب و الکل بطور جزئی از هم جدا می شوند. بعضی از گاز ها مایع نمی شوند و از بالای برج بیرون می روند. باقی مانده تبخیر نشده نفت نیز در ته برج جمع می شوند.
برج های تقطیر:
بطور کلی برج تقطیر شامل 4 قسمت اصلی می باشد:
1- برج 2-سیستم جوشاننده 3-سیستم چگالنده 4-تجهیزات جانبی شامل انواع سیستم های کنترل کننده ، مبدل های حرارتی میانی،پمپ ها و خازن جمع آوری محصول.
1- برج: برج های مورد استفاده در صنعت در 2 دسته اساسی زیرطبقه بندی می شوند 1- برج های سینی دار 2- برج های پر شده .
1-1- برج های سینی دار ؛ اساساً در 4 دسته زیر خلاصه می شوند . الف: برج های سینی دار از نوع کلاهک های (فنجانی) ب: برج سینی دار از نوع غربالی پ : برج سینی دار از نوع در یچه ای ت: برج سینی دار از نوع فورانی .
طرز کار یک برج سینی دار: بطور کلی فرآیند هایی که در یک برج سینی دار اتفاق می افتد، عمل جداسازی مواد است.در فرآیند تقطیر منبع حرارتی (جوشاننده)،حرارت لازم راجهت انجام عمل تقطیرو تفکیک مواد سازنده یک محلول تأمین می کند . بخار بالا رونده از برج با مایعی که از بالای برج بسمت پایین حرکت می کند ، بر روی سینی ها تماس مستقیم پیدا می کنند.این تماس باعث افزایش دمای مایع روی سینی می شود و در نهایت باعث نزدیک شدن دمای مایع به دمای حباب می شود .با رسیدن مایع به دمای حباب به تدریج اولین ذرات بخارحاصل می شود که این بخارات غنی از ماده فرار (ماده ای که از نقطه جوش کمتر یا فشار بالاتری برخوردار است) می باشد.ازطرف دیگردر فاز بخار مواردی که از نقطه جوش کمتری برخوردار هستند تحت عمل میعان قرار گرفته و بصورت فاز مایع به سمت پایین برج حرکت می کند. مهمترین عملکرد یک برج ایجاد سطح تماس مناسب بین فازهای بخار و مایع است. هرچه سطح تماس افزایش یابد عمل تفکیک با راندمان بالاتری صورت می گیرد.
2- سیستم جوشاننده: جوش آورها عموماً در قسمت انتهای برج و کنار آن قرار داده می شوند و وظیفه تأمین حرارت یا انرژی لازم را برای انجام عمل تقطیر به عهده دارند. معمولاً بعنوان یک مرحله تعادلی درعمل تقطیر و بعنوان یک سینی در برج های سینی دار در نظر گرفته می شوند.
انواع جوش آور ها عبارتند از: 1- دیگ های پوشش 2-جوش آورهای داخلی3-جوش آور نوع Kettle 4-جوش آور ترموسیفونی عمودی 5-جوش آورترمو سیفونی افقی 6- جوش آور نوع سیر کلاسیون اجباری.
3-سیستم چگالنده:
نقش چگالنده اساساً تبدیل بخارهای حاصل از عمل حرارت دهی به مخلوط،به مایع است. این امردر اصطلاح میعان یا چگالش نامیده می شود و دستگاهی که این عمل در آن رخ می دهد چگالنده نام دارد. بطور کلی چگالنده ها به 2 نوع تقسیم می شوند؛
1-چگالنده های کامل 2-چگالنده های جرئی.
در صورتی که تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی از آن وارد برج شده و بخشی دیگر آن وارد مخزن جمع آوری محصول می گردد عمل میعان کامل انجام شده است. اما اگر بخشی از بخارهای حاصل مایع شده و بخشی دیگر بصورت بخار از چگالنده خارج شود به آن یک چگالنده جزئی گفته می شود.
حال به بررسی انواع برج های نام برده در بالا خواهیم پرداخت.
1- برج های تقطیر با سینی کلاهدار(کلاهکی):
در این نوع برج ها ، تعداد سینی ها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینی ها به مقدار مایع و گازی که در واحد زمان از یک سینی می گذرد وابسته است ،از آنجاییکه روی هر یک از سینی ها تغییر فاز رخ می دهد هر یک از این سینی ها یک مرحله تفکیک تلقی می شوند. برای اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد باید زمان تماس میان دو فاز و سطح مشترک آنها به بیشترین حد ممکن برسد.
بخش های مختلف برج تقطیر با سینی کلاهدار:
بدنه و سینی ها: جنس بدنه معمولاً از فولاد ریخته است و جنس سینی ها از چدن.فاصلۀ سینی ها را معمولاً با توجه به شرایط طراحی، درجه خلوص و بازدهی کار جدا سازی انتخاب می کنند.با بیشتر شدن قطر برج، فاصلۀ بیشتری برای سینی ها در نظر گرفته می شود.
سرپوش ها یا کلاهک ها:جنس آنها از چدن می باشد و نوع آنها با توجه به نوع تقطیر انتخاب می شود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد.
موانع یا سدها: برای کنترل بلندی سطح مایع روی سینی به هر سینی سدی به نام"وییر Wier " قرارمی دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معینی جلو گیری کند. بلندی سطح مایع درون سینی باید چنان باشد که گازهای بیرون آمده ازشکافهای سرپوش ها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حدممکن برسد. اثر افزایش زمان گذشتن حباب ازمایع، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده، بازده سینی ها بالا می رود.
2-برج های تقطیر با سینی مشبک (غربالی):
در این نوع برج ها ، اندازه مجراها یا شبکه ها باید چنان تعیین شود که فشار گاز بتواند گاز را از مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهّمی که دربازده این سینی ها مؤثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است اگراین سینی ها کاملاً افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع درسطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همۀ مجرا ها یکسان نخواهد بود.
یک نکته قابل تأمل دراین نوع برج،خورندگی فلز سینی هاست چون براثر خورندگی ، قطر سوراخ ها زیاد می شود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد.(می دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت).
3-برج های تقطیر با سینی های دریچه ای:
این نوع سینی ها مانند سینی های مشبک هستند با این اختلاف که دریچه ای متحرک روی این مجرا را گرفته است.در صنعت نفت دو نوع از این سینی ها بکار میروند:
1-انعطاف پذیر: همانطور که از نام آن بر می آیددریچه ها می توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.
2- صفحات اضافی: دراین نوع سینی ها دو دریچه یکی سبک که درکف سینی قرار می گیرد و دیگری سنگین که برروی سه پایه ای قرارگرفته، تعبیه شده است. هنگامیکه بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت درمی آیدواگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد ، هردو دریچه حرکت می کنند.
4- برج های انباشته(پر شده):
دربرج های انباشته، به جای سینی ازتکه ها یا حلقه های انباشتی استفاده میشود.در برج های انباشته حلقه ها یا تکه های انباشته باید به گونه ای انتخاب شوند که دو هدف زیر را عملی کنند:
1-ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار 2-ایجاد فضای مناسب برای گذاشتن سیال از بستر انباشته.
مواد انباشتی باید دارای تمایل ترکیب با سیال درون برج نباشند و نیز باید به اندازه کافی مستحکم باشندتا براثراستفاده شکسته نشود و تغییرشکل ندهند
این را هم بدانیم که مواد انباشتی را به 2 روش درون برج قرار می دهند:
1-پرکردن منظم : ازمزایای این نوع پرکردن،کمتربودن افت فشاراست که درنتیجه حجم بیشر مایع را ازآن گذراند.
2-پرکردن نامنظم : از مزایای این نوع پر کردن ،میتوان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد ولی افت فشار بخار درگذر برج زیاد خواهد بود.
مقایسه برج های انباشته با برج های سینی دار:
دربرج های انباشته عموماً افت فشار نسبت به برج های سینی دار کمتر است ولی اگردر مایع ورود برج ،ذرات معلق باشد ،برج های سینی دار بهتر عمل می کنند.زیرا در برج های انباشته ،مواد معلق ته نشین شده وسبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می گردد.
اگر برج بیش ازحدمتوسط باشد، برج سینی دار بهتر است زیرا اگر در برج های انباشته قطر برج زیاد باشد تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود. در برج های سینی دار میتوان مقداری از محلول را به شکل فرآیندهای کناری از برج بیرون کشید، ولی در برجهای انباشته این کار شدنی نیست.کارهای تعمیراتی در درون برج های سینی دارآسانتر انجام می گیرد.تمیز کردن برج های انباشته ، از آنجا که بیش از هر چیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نماییم ، بسیار پرهزینه خواهد بود.
» تاليف: ميلاد اصغرپور
برگرفته از سایت مهندسان
پاسخ : روش تقطیر در برج تقطیر پترو شیمی
دوستان سلام
من به یک فایل power point یا word درباره اصول طراحی برج تقطیر برای ارائه درس فرایند پالایش نیاز دارم.
درحال حاضر واسه کنکور کارشناسی ارشد میخونم، کمبود وقت دارم!
ممنون میشم اگه کمکم کنید.
احسان
