برج تقطیر

در رابطه با برج تقطیر باید گفت که تقطیر جداسازی فیزیکی بر اساس اختلاف در نقطه جوش است. ماده اولیه بعد از گرم شدن وارد برج های تقطیر شده و تحت فشار و دما به دو صورت از برج ها خارج می شود و محصولات بدست آمده خالص نیستند. استفاده از اختلاف نقطه جوش برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع اساس فرآیند تقطیر را تشکیل می دهد.

در بیشتر مواردی که اختلاف نقطه ی جوش آن ها قابل توجه است را می توان به وسیله حرارت دادن تفکیک کرد در این صورت ماده با دمای جوش پایین تر، سریعتر به جوش آمده و ماده با دما جوش بالا باقی می ماند و این امر اساس فرآیند تقطیر را تشکیل می دهد. اجزایی را که در اثر حرارت دادن بخار می شوند وارد سرد کننده می کنند تا به صورت مایع جمع آوری گردد.

همه چیز درباره برج تقطیر

به طور کلی برج تقطیر به ۴ قسمت اصلی تقسیم می شود:

1. برج (Tower)
2. سیستم جوشاننده (Reboiler)
3. سیستم چگالنده (Condensor)
4. تجهیزات جانبی شامل: انواع سیستمهای کنترل کننده، مبدل های حرارتی میانی، پمپ ها و مخازن جمع آوری محصول.

و بطور کلی برج هایی که در صنعت جهت انجام عمل تقطیر مورد استفاده قرار می گیرند، به دو دسته تقسیم می شوند:

• برجهای سینی دا ر Tray Towers)
• برجهای پرشده (Packed Towers)

طرز کار برج تقطیر 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 شود.
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 زیاد شدن دمای مایع روی سینی شده و نهایتا باعث نزدیک شدن دمای مایع به دمای حباب می شود. 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 تقطیر حرکت می کند. مهم ترین 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 هم از جمله عوامل مهم بر عملکرد یک برج تفکیک می باشد.

عبارات و اصطلاحات مربوط به فر آیند تقطیر

خوراک (Feed)

مخلوط ورودی به داخل برج که ممکن است مایع، گاز و یا مخلوطی از مایع و گازباشد، خوراک (Feed) نام دارد. معمولا محل خوراک در نقطه مشخصی از برج است که از قبل تعیین می شود. در برج های سینی دار محل ورودی خوراک را سینی خوراکیا (Feed Tray) می نامند.

از جمله مشخصات مهم سینی خوراک این است که ازنقطه 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 هم بستگی دارد. معمولا اگر خوراک بصورت مایع باشد، همراه با مایعی که از سینی بالایی سرازیر می شود به درون سینی خوراک وارد می شود.

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 کرده و سپس به طریقی که گفته شد خوراک را وارد برج نمایند. ولی عملابه منظور صرفه جویی از هزینه های مربوط به تفکیک دو فاز بخار و مایع، عم لجداسازی به ندرت صورت می گیرد.

محصول بالاسری (Overhead Product)

آنچه از بالای برج به عنوان خروجی دریافت می شود محصول بالاسری نامیده می شود که معمولا غنی از جزئی که از نقطه جوش کمتری برخوردار است می باشد.

محصول ته ماند (Bottom Product)

ماده ای که از پایین برج خارج می شود ته مانده یا محصول انتهایی (Bottom) نامیده می شود و معمولا غنی از جزء یا اجزای سنگین تر (که از نقطه جوش بالاتری برخوردار می باشند) خواهد بود.

نسبت برگشت یا 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 تقطیر

با افزایش نسبت مایع برگشتی تعداد سینی های مورد نیاز جهت تفکیک یا همان طول برج کاهش می یابد، اما در مقابل آن بار حرارتی کندانسور و جوش آور و مقادیربخار 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 میزان جریان مایع و بخار سطح مقطع برج هم افزایش می یابد.

هنگامی که مقدار R زیاد باشد تعداد مراحل و طول برج به کمترین مقدار خود میرسد 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. مقدارعملی 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.

چگالنده (Condenser)

نقش چگالنده در واقع تبدیل بخارات حاصل از عمل حرارت دهی به مخلوط، به مایعمی باشد. این امر در اصطلاح میعان یا چگالش نامیده می شود و دستگاهی که درآن عمل مذکور انجام می شود چگالنده نام دارد. به طور کلی چگالنده ها به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:

• چگالنده های کامل (Total Condenser)
• چگالنده های جزئی (Partial Condenser)

در صورتیکه تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی ازآن وارد برجشده 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 میشود.

اجزای اصلی برج تقطیر

1. نازل: محل اتصال لوله های ورودی و خروجی به برج تقطیر را نازل می‌گویند.
2. رفلاکس درام: مخزن رفلاکس برای جمع آوری محصولات سرد شده در بالای برج تقطیر استفاده می شود. محصول ورودی به مخزن رفلاکس مایع یا مخلوطی از مایع و بخار است. اگر کندانسور جزئی باشد محصول مخلوطی از بخار و مایع است. اگر کندانسور کامل باشد محصول به صورت مایع به مخزن وارد می‌شود. مقداری از مخزن رفلاکس به عنوان رفلاکس یا جریان برگشتی به برج باز می‌گردد. به حالتی که همه مایع به برج بر میگردد و هیچ محصولی از بالای برج دریافت نشود.
3. انواع جداسازها: از Separator ها برای جداسازی فازهای مختلف که در هم مخلوط شده اند استفاده میشود. معمولا عامل اساسی جداسازی فازهای مایع از یکدیگر اختلاف دانسیته مواد است.
4. ریبویلر ها یا جوش آورها: تجهیزاتی هستند که برای تامین بخار و حرارت مورد نیاز انتهای برج تقطیر استفاده می‌شود. ریبویلر ها اکثرا از نوع مبدل های پوسته و لوله می‌باشند. مایع انتهای ستون تقطیر در ریبویلر گرم شده و به صورت بخار به برج باز میگردد. از بخار آب ، گاز و مایعات دیگر به عنوان ماده واسطه استفاده می‌شود.
5. پمپ: پمپ ها برای انتقال مایع به ارتفاع زیاد و مایعات با ویسکوزیته بالا استفاده میشود. به این ترتیب میتوان پمپ هایی در نقاط مختلف واحد برای انتقال مایعات به کار برد.

محصولات برج تقطیر

تولیدات پالایشگاه به ترتیب سبک به سنگین عبارتند از:

• گاز مایع (ال‌پی‌جی)
• بنزین
• (نفتا) برشی که بین بنزین و نفت سفید قرار می‌گیرد و خصوصیات آن ترکیبی از این دو است.
• نفت سفید و سوخت‌های جت مرتبط به آن
• گازوئیل (نفت‌گاز) و به‌طور کلی سوخت‌های دیزل
• نفت کوره معروف به مازوت یا نفت سیاه
• روغن‌های نفتی
• واکس پارافین
• آسفالت و قیر
• کُک نفتی
• گوگرد

با کلیک برروی قسمت لینک شده می توانید محصولات شرکت مریک شیمی را ببینید که سابقه فعالیت گسترده در زمینه مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی را دارد.