جداسازی ترکیبات یک محلول توسط فرایند تقطیر در برج تقطیر بر اساس تفاوت در فراریت اجزا محلول رخ میدهد. از برج تقطیر در صنعت و آزمایشگاهها قابل استفاده است. مثلاً در مقیاس صنعتی برای جداسازی برشهای نفتی بر اساس اختلاف نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف، استفاده میشود.
استفاده از پکینگ ها در برج تقطیر باعث ایجاد تاخیر در انتقال بخار تولید شده از ریبویلر به بالای برج می شود و در نتیجه انتقال جرم بین مایع و بخار در پکینگ ها صورت میگیرد که به این برج برج تقطیر آکنده گفته میشود.
برج تقطیر آکنده، یکی از تجهیزات پرکاربرد در صنایع مختلف، به ویژه صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و داروسازی است. این برجها برای جداسازی اجزای مختلف یک مخلوط مایع بر اساس تفاوت در نقطه جوش آنها استفاده میشوند.
ساختار و عملکرد کلی
در برج تقطیر آکنده، به جای سینیهای افقی که در برجهای سینیدار استفاده میشود، از مواد پرکننده (پکینگ) استفاده میشود. این مواد پرکننده معمولاً به شکل حلقهها، مارپیچها یا صفحات موجدار هستند و در داخل برج قرار میگیرند.
نمای کلی برج تقطیر آکنده:
- کندانسور: بخار خروجی از بالای برج وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل میشود.
- ریبویلر: مایع موجود در پایین برج وارد ریبویلر شده و مجدداً گرم میشود تا بخشی از آن تبخیر شود.
- بازگرداننده: برای برگرداندن بخشی از مایع کندانس شده به برج
- ستون توزیع: برای توزیع یکنواخت مایع روی بستر پرکننده
- ستون جمعآوری: برای جمعآوری بخار از بالای برج
نحوه فرآیند
نحوه عملکرد این برج تقطیر به صورت زیر است:
- ورود خوراک: مخلوط مایع (خوراک) از بالای برج وارد میشود.
- جریان نزولی مایع: مایع به صورت نازک روی سطح پرکنندهها جریان مییابد و به سمت پایین برج حرکت میکند.
- ورود بخار: بخار از پایین برج وارد شده و در حین عبور از میان بستر پرکننده با مایع نزولی تماس پیدا میکند.
- انتقال جرم: در اثر این تماس، اجزای سبکتر مخلوط که نقطه جوش پایینتری دارند، از مایع تبخیر شده و به سمت بالا حرکت میکنند. اجزای سنگینتر که نقطه جوش بالاتری دارند، در مایع باقی مانده و به سمت پایین حرکت میکنند.
- خروج محصول: محصول سبکتر (بخار) از بالای برج خارج شده و محصول سنگینتر (مایع) از پایین برج خارج میشود.
پرکنندهها در برج تقطیر آکنده
در برجهای تقطیر آکنده چون به جای سینیهای افقی، از مواد پرکننده (پکینگ) برای ایجاد تماس بین بخار و مایع استفاده میشود ، انتخاب نوع پرکننده مناسب، تاثیر بسزایی در کارایی برج تقطیر دارد.
پرکنندهها نقش بسیار مهمی در افزایش سطح تماس بین بخار و مایع دارند. این سطح تماس بالا باعث میشود که انتقال جرم بین دو فاز به صورت مؤثر انجام شود. پرکنندهها معمولاً به شکل حلقهها، مارپیچها یا صفحات موجدار هستند و از مواد مختلفی مانند سرامیک، فلز یا پلاستیک ساخته میشوند.
پرکنندهها بر اساس شکل، جنس و نحوه قرارگیری در برج به انواع مختلفی تقسیم میشوند. برخی از مهمترین انواع پرکنندهها عبارتند از:
- پرکنندههای نامنظم (Random Packing)
این نوع پرکنندهها به صورت تصادفی و بدون نظم خاصی در برج قرار میگیرند. از مزایای آنها میتوان به هزینه ساخت پایین و سهولت در نصب اشاره کرد. اما به دلیل سطح تماس کمتر نسبت به پرکنندههای منظم، کارایی آنها نیز کمتر است.
2. پرکنندههای منظم (Structured Packing)
این نوع پرکنندهها به صورت منظم و با دقت در برج قرار میگیرند و دارای سطح تماس بسیار بالایی هستند. از مزایای آنها میتوان به افت فشار کمتر، ظرفیت بالاتر و کارایی بهتر اشاره کرد. اما هزینه ساخت آنها بیشتر است.
- حلقههای راشیگ (Raschig rings)
سادهترین نوع پرکننده هستند و به صورت قطعاتی از لولههای سرامیکی یا فلزی هستند که به صورت تصادفی در برج قرار میگیرند.
- اینتالکس (Intalox)
پرکنندههای ساختاری هستند که از صفحات فلزی مشبک تشکیل شدهاند و دارای سطح تماس بسیار بالایی هستند.
- حلقههای پال (Pall rings)
نسخه بهبود یافته حلقههای راشیگ هستند که دارای دیواره داخلی و خارجی هستند و سطح تماس بیشتری را فراهم میکنند
- سپکس (Sulzer packing)
پرکنندههایی هستند که از صفحات فلزی موجدار تشکیل شدهاند و دارای کانالهای جریان پیچیدهای هستند
- سدل رینگ (Saddle rings)
نوع دیگری از پرکنندهها هستند که به شکل زین اسبی هستند و سطح تماس بسیار بالایی را فراهم میکنند.
