.برج تقطیر یکی از مهم ترین و پرکاربردترین تجهیزات جداسازی است و مبتنی بر توزیع اجزا بین دو فاز مایع و گاز است. در واقع تقطیر به دلیل اختلاف نقطه جوش یکی از رایج ترین روش های جداسازی مواد از یکدیگر است. تقطیر یک فرآیند فیزیکی برای جداسازی مواد با دمای جوش متفاوت است.
اساس کار برج تقطیر
یک ستون یا برج تقطیر(Distillation Tower) برای جدا کردن مخلوط های مایع به اجزای جداگانه بر اساس نقطه جوش آنها استفاده می شود. مایع گرم می شود تا بخارهایی تولید کند که سپس با سرد شدن متراکم شده و دوباره به شکل مایع تبدیل می شوند. سپس مایعات در سینی هایی که در ارتفاعات مختلف در داخل ستون قرار گرفته اند جمع آوری می شوند و موقعیت آنها بر اساس نقطه جوش هر جزء جداگانه است.از ستون های تقطیر در صنایع پتروشیمی، شیمیایی و دارویی برای تصفیه و جداسازی مواد شیمیایی مختلف استفاده می شود،
قسمت های اصلی یک ستون تقطیر چیست ؟
1. ستون برج
(شامل بخش های غنی سازی و عریان سازی) که در آن جداسازی فاز مایع/گاز صورت میگیرد.
2. جوش آور یا بویلر
انرژی گرمایی لازم برای تبخیر جزئی خوراک ورودی (مایع) به ستون ها برای انجام فرآیند جداسازی (تقطیر) را فراهم می کند.
3. کندانسور
بخار جدا شده از خوراک و غنی شده را در بالای ستون قبل از ورود به رفلاکس درام خنک و متراکم می کند.
4. تجهیزات کمکی
شامل انواع سیستم های کنترلی، مبدل های حرارتی میانی، پمپ ها و مخازن جمع آوری محصولات می باشد
انواع برج تقطیر
به طور کلی برج های مورد استفاده در صنعت برای تقطیر به دو دسته اصلی تقسیم می شوند :
1.برج های سینی دار
برج های سینی دار بر اساس انواع سینی های مورد استفاده در آن به 4 دسته تقسیم می شوند :
1.1 برج های سینی جت (Jet Tray Towers)
1.2. برج های سینی مشبک (Sieve Tray Towers)
1.3. برج های سینی حباب دار (Bubble Cap Towers)
1.4. برج های سینی شیر (Valve Tray Towers)
2. برج های پکینگ دار ( آکنده)
عملکرد برج سینی دار
به طور کلی، فرآیندی که در یک برج سینی دار رخ می دهد، فرآیند جداسازی مواد است. همانطور که در بالا ذکر شد، فرآیند به طور مستقیم یا غیر مستقیم انجام می شود. در فرآیند تقطیر منبع حرارتی، گرمای لازم برای تقطیر و جداسازی مواد محلول را فراهم می کند. بخار بلند شده از برج از بالای برج به سمت پایین برج حرکت می کند و باعث تماس مستقیم با سینی ها می شود. این تماس باعث افزایش دمای مایع در سینی می شود و در نهایت باعث می شود دمای مایع به دمای حباب نزدیک شود. با رسیدن مایع به دمای حباب، اولین ذرات بخار به تدریج تولید میشوند که بخاری غنی از مواد فرار است (مادهای که نقطه جوش کمتر یا فشار بالاتری دارد). از طرفی در فاز بخار موادی که نقطه جوش کمتری دارند در معرض مایع شدن قرار می گیرند و در فاز مایع به سمت پایین برج حرکت می کنند. مهمترین وظیفه یک برج ایجاد یک نقطه تماس مناسب بین فاز بخار و مایع است. هر چه سطح تماس بالاتر باشد، عملکرد جداسازی بالاتر است. البته رژیم جریان سیال در سینی نیز یکی از عوامل مهم در عملکرد یک برج است.
برج های پکینگ دار
در این برجها که در فرآیندهای جذب و تقطیر استفاده می شوند، برای ایجاد سطح تماس بیشتر و به دنبال آن افزایش میزان جداسازی به جای سینیها از پرکنها (Packing) استفاده میکنند که به دو صورت منظم(Stacked packing) و نامنظم(Random packing) میباشند. پکینگها میتوانند از جنسهای مختلفی مانند سرامیک، پلاستیک یا فلز ساخته شوند و به صورت هندسی متنوعی طراحی شوند. انتخاب نوع پکینگ بستگی به ویژگیهای خاص عملیات و مواد مورد پردازش دارد. پکینگها از نظر شکل هندسی به چند دسته تقسیم میشوند : 1) پکینگ های راشینگ رینگ (Raschig Rings) که به صورت حلقههای ساده و توخالی از جنس سرامیک یا فلز ساخته میشوند. این پکینگ که نوع متداول پکینگ های رندوم می باشد، به صورت افقی در برج قرار میگیرد و سطح تماس خوبی بین دو فاز ایجاد میکند. 2) پکینگ پال رینگ که پکینگ استوانه ای تیغه دار از جنس پلاستیک، پلیپروپیلن (PP)، پلیوینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن (PE) ، فولاد ضدزنگ، کربن استیل و سرامیک می باشد و به دلیل سطح ویژه بسیار بالا، افت فشار ناچیز و مقاومت در برابر خوردگی و مواد شیمیایی نسبت به پکینگ های دیگر برای ستون تقطیر بسیار کارآمد می باشد. در این برجها فاز مایع از بالا و بخار از پایین وارد برج می شود.
مزیتهای برجهای پکینگ نسبت به برجهای سینیدار
1. مساحت سطح تبادل بیشتر
برجهای پکینگ معمولاً دارای مساحت سطح بیشتری برای تبادل حرارت و جرم هستند، که میتواند منجر به کارایی بالاتر شود
2. افت فشار کمتر
به دلیل طراحی بدون سینی، برجهای پکینگ معمولاً افت فشار کمتری نسبت به برجهای سینیدار دارند. این موضوع میتواند به کاهش هزینههای پمپاژ و انرژی کمک کند.
3. عملکرد بهتر در شرایط بارگذاری متغیر
برجهای پکینگ معمولاً در برابر تغییرات سریع در جریان ورودی و بارگذاری مقاومتر هستند و نمیسوزند یا تحت تاثیر نوسانات قرار نمیگیرند.
4. نگهداری آسانتر
برخلاف سینیها که ممکن است نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری داشته باشند، پکینگها معمولاً نیاز به نگهداری کمتری دارند.
5. مناسب برای مایعات با ویسکوزیته بالا
برجهای پکینگ میتوانند بهتر از برجهای سینیدار به مایعات با ویسکوزیته بالا واکنش نشان دهند.
کاربرد صنعتی برجهای تقطیر
هر نوع برج تقطیر در صنایع مختلف کاربرد ویژهای دارد که در جدول زیر خلاصه شده است:
| نوع برج | کاربرد رایج |
|---|---|
| سینی جت | جداسازی مخلوطهای ساده با اختلاف نقطه جوش زیاد |
| سینی مشبک | پالایش نفتا و بنزینسازی |
| سینی حبابدار | جداسازی دقیق حلالها در صنایع شیمیایی |
| سینی شیر | فرآیندهای با بار متغیر و کنترل دقیق |
| پکینگ راشینگ رینگ | جداسازی و جذب مواد با ویسکوزیته بالا، عملیات شیمیایی و پتروشیمی |
| پکینگ پال رینگ | افزایش سطح تماس، کاهش افت فشار، مناسب برای مایعات خورنده یا با ویسکوزیته بالا |
بویلر
بویلرها که معمولا در انتهای برج و در کنار آن قرار می گیرند وظیفه تامین گرما یا انرژی تقطیر را بر عهده دارند. بویلرها معمولاً یک مرحله تعادل تقطیر در نظر گرفته می شوند و به عنوان سینی در برج های سینی دار در نظر گرفته میشوند. بیشتر به صورت مبدل های پوسته و لوله هستند و مایع انتهای ستون تقطیر در ریبویلر گرم شده و به صورت بخار به برج وارد می شود.
کندانسور
نقش کندانسور در واقع تبدیل بخارات حاصل از عملیات حرارتی ترکیبی به مایع است. به طور کلی کندانسورها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند :
1) کندانسور کامل(Total condenser) : اگر تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی از آن وارد برج و قسمت دیگر وارد مخزن جمع آوری شود، به آن کندانسور کامل گفته می شود.
2) کندانسور جزئی (Partial condenser) : اگر بخشی از بخارات مایع باشد و قسمت دیگر به صورت بخار از کندانسور خارج شود به آن کندانسور جزئی می گویند.
جمعبندی و اهمیت برج تقطیر در صنعت
برج تقطیر یکی از حیاتیترین تجهیزات جداسازی در صنایع پتروشیمی، شیمیایی، دارویی و غذایی است. با بهرهگیری از اختلاف نقطه جوش اجزا، امکان تفکیک دقیق و اقتصادی مواد فراهم میشود. انتخاب نوع برج (سینیدار یا پکینگدار)، طراحی سینیها یا پکینگها، و بهینهسازی بویلر و کندانسور تأثیر مستقیمی بر عملکرد و بازده جداسازی دارد. بهرهگیری از برجهای مدرن و پکینگهای با سطح ویژه بالا باعث کاهش مصرف انرژی، افت فشار کمتر و افزایش کارایی عملیاتی میشود.
همچنین برج تقطیر امکان کنترل دقیق محصول خروجی را فراهم میکند و با طراحی مناسب، هزینههای عملیاتی و نگهداری را به حداقل میرساند. شرکت سامیار با تجربه در طراحی و ساخت برجهای تقطیر، این تجهیزات را مطابق استانداردهای صنعتی و با بهرهوری بالا ارائه میدهد.
