برج تقطیر:

جدا‌سازی مواد در صنعت امری کاملا طبیعی و رایج است و روش‌های مختلفی جهت اعمال این تغییر وجود دارد که تقطیر یکی از این روش‌ها است. تقطیر در واقع جداسازی فیزیکی اجزای یک محلول، به کمک گرماست. برج تقطیر فناوري استوار بر اين اصل است. عملكرد كلي اين فناوري بر حسب نقطه جوش اجزاي محلول مي‌باشد. برج تقطير يا برج جداساز به كمك فرآيند تقطير كه استوار بر ميزان نقطه‌جوش اجزای یک محلول است، سبب تفکیک اجزای تشکیل دهنده در فاز گاز و مایع می‌شود و هرچه اختلاف نقطه جوش بين اجزاي محلول بيشتر باشد، اين كار با كيفيت و دقت بهتري صورت مي‌گيرد. برج‌هاي تقطير در ابعاد آزمايشگاهي و صنعتي توليد مي‌شوند و كاربرد گسترده‌اي در انواع صنايع دارند كه در ادامه به آن‌ها خواهيم پرداخت.

اجزاي تشكيل‌دهنده برج‌تقطير:

برج تقطير داراي چهار بخش اصلي است كه شامل: برج، سيستم جوش‌آور، سيستم چگالنده و ساير تجهيزات جانبي نظير پمپ، نازل و…

• برج (Tower) :

مهم‌ترين بخش سيستم تقطیر، برج آن است كه عمليات تقطير درون آن انجام مي‌شود. برج محل نگهداری سیال ورودی و متراکم کردن و جداسازی آن است و داراي دونوع سيني دار و پر‌شده مي‌باشد. در برج‌های سینی دار، مدل چیدمان، ابعاد، فاصله سینی و تعداد آن وابسته به نقطه جوش و میزان فراریت مواد محلول جداشونده است. در این نوع برج مایع از بالا و گاز از سمت پایین در جریان است وپس از فراهم سازی حرارت لازم جهت شروع عملیات تقطیر توسط جوش‌آور، تماس میان این دوفاز سبب افزایش دمای سیال روی سینی شده و عبور گاز با دمای بالا از میان منافذ سینی، سبب جوشش سیال و در نهایت تبخیر جزئی از محلول با نقطه جوش کمتر می‌شود.

بنابراين جز فرار تر با حركت به سمت بالاي برج چگاليده مي‌شود و از طريق ميعان وارد فاز مايع شده و جدا ميگردد و جز با فراریت کمتر و نقطه جوش بیشتر در حالت مایع قرار گرفته و نهایتا از قسمت پایین برج خارج میگردد. البته ممکن است که محلول از چندین جز با دمای جوش متفاوت تشکیل شده باشد که در اینصورت هر جز در دما و زمانی خاص و بر حسب میزان گرمای دریافتی از منبع گرمایی تفکیک می‌شود.

در برج‌های پر شده بجای سینی از پرکن با اشکال معین استفاده می‌شود که علاوه بر تقطیر، جذب هم می‌کنند. این نوع از برج ها ارتفاع کمتری نسبت به مدل قبلی دارند و نگهداری و تعمیر آن‌ها نیز هزینه بر است.

 

• سیستم جوش‌آور (Reboiler) :

منبع حرارتی لازم جهت تولید بخار و شروع فرآیند تقطیر بر عهده این بخش است که در قسمت انتهایی برج قرار گرفته است. در برج های سینی دار سیستم جوش آور یک سینی است. خواص فیزیکی سیال مثل چگالی، فشار عملیات، سهولت نگه داری، زمان حضور سیال در فرآیند و … در انتخاب سیستم جوش‌آور باید درنظر گرفته شود.

• سیستم چگالنده (Condeser) :

این بخش وظیفه میعان بخارات جداشده از محلول بوسیله گرما را بر عهده دارد و دارای دو نوع کامل و جزئی است. چنانچه  تمام بخار ایجاد شده از طریق میعان وارد فاز مایع شود بطوریکه بخشی از آن در مخزن وارد شده و بخش دیگری از آن به برج برگردد چگالنده کامل است؛ اما اگر بخشی از بخار بصورت مایع به برج برگشته و بخش دیگر به حالت گاز از کندانسور خارج شود، چگالنده جزئی است.

سایر اجزای برج تقطیر شامل پمپ، مخازن محصول و سیستم های کنترل کننده است.

اصطلاحات موجود در فرآیند تقطیر:

• خوراک (Feed)

به مخلوط ورودی به برج خوراک گویند که می‌تواند بصورت مایع، گاز یا مخلوطی از این دو باشد. محل ورود خوراک در قسمت مشخصی از برج است که وابسته به دما، حالت فیزیکی و کسر فیزیکی خوراک است. در برج‌های سینی دار محل ورود خوراک، سینی خوراک است که اگر بصورت مایع باشد، همراه با مایع ورودی از قسمت بالایی سینی و اگر بصورت گاز باشد از قسمت پایین سینی خوراک، وارد می‌شود. اگر خوراک بصورت مخلوطی از گاز و مایع باشد لازم است ابتدا جداسازی شده و سپس وارد برج شود که البته اینکار هزینهبر است.

• محصول بالاسری (Overhead Product)

آن بخش از ماده كه از قسمت بالاي برج خارج مي‌شود و حامل جزئي با نقطه جوش كمتر و فراريت بيشتري است محصول بالاسري نام دارد.

• محصول ته ماند (Bottom Product)

بخشي از ماده كه از قسمت پاييني برج خارج شده و سرشار از جز سنگين با نقطه جوش بالاست، محصول ته‌مانده يا انتهايي است.

 

• نسبت برگشتي (Reflux Ratio)

به نسبت مقدار مایع برگشتی به برج بر حسب مول یا وزن، به مایع یا بخاری که به عنوان محصول نهايي از سیستم خارج می شود را نسبت برگشتی گویند و آن را با حرف R نشان می دهند. وقتي عدد نسبت برگشتي بزرگ باشد، تعداد سینی های مورد نیاز جهت تفکیک یا همان ارتفاع برج کاهش می یابد، ولي در مقابل، بار حرارتی کندانسور و جوش آور و مقادير مايع و بخار در برج و سطح مقطع آن افزایش می یابد. زیاد بودن مقدار نسبت برگشتی به معنای برگشت تمام محصول به برج و کم بودن طول برج و مراحل است (برگشت کامل).

در شرايط كم بودن مقدار R ، طول برج و تعداد مراحل افزايش يافته و ماكسيمم است و عمل تفكيك بطور كامل صورت نمي‌گيرد.

مقدار مناسب وعملی R معمولا بین اين دو حالت برگشت کامل و حداقل میزان R است. در بیشتر موارد مقدار مایع برگشتی بر روی درجه حرارت برج نیز تأثیر می گذارد.

• طرز كار برج تقطير:

با توجه به موارد ياد شده، برج داراي سيني‌هايي با طراحي متناسب با نوع سيال و دماي آن هستند. در ابتدا ريبويلر حرارت لازم جهت انجام فرآيند تقطير را به خوراك وارد كرده و پس از آن بخار بالارونده با مايعی كه از قسمت بالاي برج به سمت پايين جاري است، روي سيني تماس پيدا مي‌كند. نتيجه‌ي اين تماس افزايش دماي مايع مي‌باشد كه در نهايت با رسيدن به دماي حباب، اولين جز كه داراي نقطه‌جوش كمتر يا ميزان فراريت بيشتري است تبديل به بخار شده و تبخير رخ مي‌دهد. پس از آن اين بخار كه غني از ماده با نقطه‌جوش كمتر است تحت ميعان قرار گرفته و در فاز مايع به سمت پايين برج حركت مي‌كند.

نكته كليدي و موثر در نحوه عملكرد برج، ايجاد سطح تماس مستقيم و موثر بين دو فاز گاز و مايع است. هرچه كيفيت و ميزان سطح تماس افزايش پيدا كند، عمل تفكيك با راندمان بالاتري اجرا مي‌شود.

كاربرد برج تقطير:

برج تقطير در صنايع پتروشيمي و پالايشگاهي، فناوري شيميايي، تصفيه آب، داروسازي، صنايع غذايي و توليد بنزين و…. كاربرد دارد.

 

برای مشاهده محصولات فلزی شرکت خزر منبع بندر اینجا کلیک کنید.