برجهاي تقطير و تفكيك و جذب
برجهاي تقطير و تفكيك و جذب
جداسازي فيزيكي مشتقات نفتي و هيدروكربن هاي مايع مهمترين مرحله پالايش نفت خام و گاز است. عمليات تقطير ، تفكيك و جذب كه بخش مهم مرحله جداسازي فيزيكي را ميسازند ، همه يك وجه مشترك دارند. يعني يك فاز گاز در كنار فاز مايع گذاشته مي شود ، تا آميزه اي يا عنصرهايي خاص از فازي به فاز ديگر انتقال يابند . دستگاههايي كه اين عمليات در آنها انجام ميگرند ، برجهاي تقطير ، تفكيك و جذب هستند كه در آنها فاز مايع و گاز در دو جهت مخالف در حركت بوده ، با هم برخورد كرده عمل انتقال ماده يا جداسازي فيزيكي صورت ميگيرد . انواع برجهايي كه در پالايشگاه ها براي اين كار مورد استفاده قرار ميگيرند عبارتند از :
- برجهاي تقطير با سيني كلاهك دار
- برجهاي تقطير با سيني دريچه اي
- برجهاي تقطير (تفكيك) با سيني هاي مشبك
- برجهاي انباشته
در اين بخش ساختمان اين برجها به كوتاهي شرح داده مي شود .
برجهاي تقطير با سيني كلاهك دار :
اين نوع برج ها براي انجام عمليات تقطير در پالايشگاه بكار برده مي شوند ، اين برجها استوانه اي شكل هستند و در آنها گاز و مايع در جهت مخالف هم در حركتند و با گذشتن از سيني هايي گوناگون با هم تماس پيدا مي كنند . گاز يا بخار از سوراخهاي سيني بالا رفته به سرپوش ويژه اي كه شكافهايي بسيار دارد و كلاهك خوانده مي شود ، رسيده ، در عبور از آنها با فاز مايع محاط بر سرپوشها برخورد ميكند. سطح كناري هر يك از اين سرپوشها شكافهايي دارد كه از درون آنها گاز به شكل حبابهايي به مايع رخنه مي كند . مايع از مجرايي بنام پايين رونده (Down Commer) به سوي پايين از يك سيني به سيني ديگري سرريز شده ، در سيني زيرين باز ، با گاز برخورد مي كند ، شمار سيني ها در مسير برج ، به نوع انتقال ماده و شدت تفكيك بستگي دارد و قطر برج و فاصله ميان سيني ها به مقدار مايع و گاز كه در واحد زمان از يك سيني ميگذرد وابسته است.
هر يك از سيني هاي برج يك مرحله تفكيك است ، زيرا روي اين سيني ها فاز گاز و مايع در كنار هم قرار ميگيرند و گاز انتقال ساده از فاز گاز به فاز مايع يا برعكس در هر يك از سيني ها انجام مي شود . براي اين كه بازدهي انتقال ماده در هر سيني به بيشترين حد برسد ، بايد زمان تماس ميان دو فاز و سطح مشترك آنها به بيشترين حد ممكن برسد . براي تامين بيشترين زمان تماس بايد بلندي سطح مايع در سيني را به بيشترين حد رساند ، چنان كه حباب بيرون آمده از شيار كلاهك فاصله بيشتري را درون مايع بگذرد.
براي افزايش سطح مشترك ميان دو فاز بايد حجم حبابهاي گاز به كمترين حد رسانده شود. به سخن ديگر يا بخاري كه از پايين برج به سوي بالا در حركت است ، بايد در گذر خود از هر سيني به مقدار هر چه بيشتري حباب كوچك تبديل گردد تا هر يك از آنها به تنهايي با مايع تماس برقرار كند. در اينجا پس از آشنايي به شيوه كار كلي اين برجها ، بد نيست تا بخشهاي گوناگون آنها را جدا جدا بررسي كنيم.
بدنه سيني ها :
جنس بدنه برج و سيني هاي آن با توجه به خورندگي سيالات درون آن برگزيده مي شود . معمولا بدنه برجها بشكل استوانه ساخته شده داراي چندين دريچه ورودي به درون برج است. اين استوانه ها ممكن است از يك تكه يا چند تكه تشكيل شده باشند. جنس بدنه معمولا از فولاد ريخته است. اگر خوردگي سيالات درون برج زياد باشد ، سطح دروني برج با نازكه اي آلياژ مناسب پوشانده ميشود . جنس سيني ها معمولا از چدن (Cast iron) است. به دلايل اقتصادي و با توجه به خورندگي كوشيده مي شد تا آنها هرچه ممكن است نازكتر باشند. اين سيني ها بوسيله تيرآهن هاي ويژه اي تقويت مي شوند تا از خم شدن آنها جلوگيري شود. همينطور بوسيله پيچ و مهره روي تكيه گاه ويژه اي كه در بدنه دروني برج تعبيه شده بسته مي شوند. سيني هاي بزرگ را بصورت قطعه هاي جدا از هم مي سازند و در درون برج آنها را به هم متصل مي كنند.
فاصله سيني ها :
فاصله سيني ها را معمولا با توجه به شرايط طراحي ، درجه خلوص و بازدهي جداسازي برميگزينند ، در بيشتر پالايشگاههاي نفت و گاز براي برجهاي تقطير به قطر 4 فوت فاصله اي ميان 18 تا 50 سانتي متر قرار مي دهند. با بيشتر شدن قطر برج ، فاصله بيشتري نيز براي سيني ها در نظر گرفته مي شود.
سرپوشها يا كلاهك ها (Bubbl Caps) :
سرپوشها معمولا دايره اي شكل اند و قطر آنها از 5/7 تا 15 سانتي متر تغيير مي كند . جنس آنها معمولا از چدن است. اين سرپوشها معمولا بوسيله پيچ و مهره به سيني بسته مي شوند . شيارهايي كه در سطح كناري اين سرپوشها هست يا مستطيل شكل است و يا دندانه اي ، نوع آنها با توجه به نوع تقطير انتخاب مي شود و شمارشان بر هر سيني به بيشترين حد سرعت مجاز گذرگاز از سيني بستگي دارد.
اگر سرعت كم باشد به سبب كاهش سطح تماس گاز و مايع كار انتقال ماده ميان دو فاز بخوبي انجام نمي شود. بنابراين سرعت را بايد به گونه اي برگزيد كه بازدهي انتقال ماده از گاز به مايع يا برعكس به بيشترين حد ممكن برسد ، شيوه قرار دادن اين سرپوشها روي سيني بايد به گونه اي باشد كه مايع بتواند بطور يكنواختي روي سيني پخش گردد و گاز خارج شده از شيارهاي سرپوش ها بيشترين تماس را با مايع بيابد.
موانع يا سدها :
براي كنترل بلندي سطح مايع روي سيني ، بر هر سيني سدي بنام Wier ميگذارند ، تا از پايينتر رفتن سطح مايع – از حد معيني – جلوگيري كند. بلندي سطح مايع درون سيني بايد چنان باشد كه گازهاي بيرون آمده از شكافهاي سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بيشترين حد ممكن برسد. بر اثر افزايش زمان گذشتن حباب از مايع زمان تماس گاز و مايع زياد شده بازدهي سيني بالا مي رود. اگر سطح مايع از حد معيني بيشتر باشد ، حباب گاز نمي تواند از درون آن بگذرد و گاه ممكن است كه مايع از درون شيارها به طرف پايين حركت كند. در اين شكل چهار حالت مشخص شده است كه به اين شرح است :
حالت 1 – در اين حالت بلندي سطح مايع بسيار زياد است و مايع از ديواره بالارونده بخار به سوي پايين حركت مي كند.
حالت 2 – در اين حالت بلندي سطح مايع چنان است كه گاز نمي تواند از آن بگذرد و نه مايع از بالارونده بخار به پايين حركت كند. يعني هيچ كاري براي انتقال ماده انجام نمي شود.
حالت 3 – در اين حالت بلندي سطح مايع كاملا مناسب است چنانچه فاز گاز از شيارهاي كلاسيك به صورتي كه در شكل آمده بسوي بالا حركت مي كند.
حالت 4- سطح مايع دراين حالت خيلي كم است ، در نتيجه گازي كه از شيار كلاهك بيرون آمده همراه با خود مقداري بسوي بالا مي برد و از بازدهي انتقال ماده مي كاهد.
برجهاي تقطير با سيني هاي مشبك :
ساختمان اين برجها نيز همانند برجهاي تقطير يا سيني هاي كلاهك دار است ، تنها نوع سيني ها است كه يكسان نيست. اين سيني ها مشبك بورت افقي در درون برج تقطير نصب مي شوند. شبكه ها بصورت سوراخهايي دايره شكل هستند كه اندازه آنها از 16/3 تا 8/1 اينچ تغيير ميكند. شيوه قرار گرفتن اين دايره ها بر راس هاي يك مربع يا يك مثلت است. شيوه كار اين سيني ها نيز مانند سيني هاي كلاهك دار در كنار هم گذاشتن فاز مايع و فاز بخار است ، فاز مايع از يك سوي سيني بسوئي ديگر جريان د ارد و فاز گاز از درون مجراهاي سيني و از سوي پايين به درون فاز مايع نفوذ مي كند و در گذر خود با آن برخوردمي كند. اندازه قطر اين مجراها بايد چنان برگزيده شود كه فشار گاز بتواند گاز را از فاز مايع با سرعتي مناسب عبور دهد. اگر فشار خيلي زياد باشد ، مايع را بسوي بالا برده و اگر كم باشد مايع از درون مجرا به سوي پايين جريان مي يابد كه در هر دو صورت تماس كافي ميان بخار و مايع برقرار نمي گردد و از بازدهي انتقال ماده به گونه اي محسوس كاسته مي شود. عامل مهم ديگري كه در بازدهي اين نوع سيني ها موثر است شيوه كار گذاري آنها در برج است. اگر اين سيني كاملا افقي قرار نداشته باشد ، بلندي مايع در سطح سيني يكنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها يكسان نخواهد بود. خورندگي قطر سوراخها زياد مي شود كه در نتيجه مقدار زيادي بخار با سرعت كم از درون آن مجراي خورده شده گذر خواهد كرد و ميدانيم كه اگر سرعت گذشتن گاز از يك حد معيني كمتر گردد ، مايع از مجرا بسوي پايين حركت كرده بازدهي كار تفكيك كاهش خواهد يافت.
برجهاي تقطير با سيني هاي دريچه اي :
ساختمان اين برجها نيز همانند برجهاي تقطير است كه از پيش شرح داده شد. اين نوع سيني ها همانند سيني هاي مشبك هستند با اين اختلاف كه دريچه اي متحرك روي هر مجرا قرار گرفته است. روي هر دريچه دو نيرو يكي از بالا – از سوي مايع و ديگري از پايين از سوي فاز بخار واردمي گردد. اگر نيرويي كه از مايع بر آن وارد مي شود بيشتر باشد ، دريچه بسته مي گردد . اگر نيروي وارد بر دريچه از سوي بخار بيشتر باشد ، دريچه بصورت كاملا باز قرار ميگيرد . در مواردي ديگر موقعيت دريچه در حالتي ميان خيلي باز و خيلي بسته قرار دارد. در حالتي كه دريچه خيلي باز باشد اين نوع سيني ها مانند سيني هاي مشبك عمل مي كنند. در صنعت نفت و گاز دونوع از اين سيني ها بكار مي رود ، اين دو نوع Flexitrays و Ballast Trays است كه در زير بشرح آنها خواهيم پرداخت.
Flexxitrays :
دراين دريچه ها سوراخها و سر دريچه ها دايره اي شكل بوده قطري برابر 5 سانتي متر دارند و بر راس هاي مثلثي برابر پهلو به اندازه 5/7 تا 15 سانتي متر قرار دارند. براي جلوگيري از پخش نامنظم بخار ممكن است وزن برخي از دريچه ها را بيشتر بگيرند .
در اين سيني ها دو دريچه يكي سبك كه در كف سيني قرار ميگيرد . ديگري سنگين كه بر سه پايه قرار گرفته ، تعبيه شده است. هنگامي كه بخار كم باشد تنها سرپوش سبك بحركت در مي آيد . اگر مقدار بخار از حد معيني بيشتر باشد ، هر دو دريچه حركت مي كنند.
مقايسه انواع گوناگون سيني ها :
در صنعت نفت انواع گوناگون سيني ها در برجهاي تقطير ، تفكيك و جذب بكاربرده مي شوند. ويژگيهايي كه در گزينش نوع سيني براي كار معيني مورد توجه قرار ميگيرد ، عبارتند از :
بازدهي تماس بخار و مايع ، ظرفيت سيني ، افت فشار بخار در هنگام گذشتن از سيني ، زمان ماندن مايع بر سيني ، مشخصات مايع و ...
چون در صنعت بيشتر سيني هاي كلاهك دار بكار برده مي شوند ، براي مقايسه مشخصات ديگر سيني ها ، آنها را نسبت به سيني هاي كلاهك دار ارزيابي مي كنند.
برجهاي انباشته برجهاي استوانه اي شكلي هستند كه در آنها بخار و مايع در جهت عكس يكديگر حركت مي كنند و هنگام گذشتن مواد انباشتي با يكديگر تماس برقرار مي كنند.
چنانكه در شكل آمده ، مايع ورودي از بالاي برج بوسيله پخش كننده بر بسترهاي انباشته شده با حلقه هاي سفالي ، فلزي يا پلاستيكي به شكلهاي گوناگوني پخش مي شود و از لابه لاي فضاي خالي ميان حلقه ها به سوي پايين حركت مي كنند. گاز از بخش پايين برج وارد ميگردد و بسوي بالا حركت مي كند. اين برجها بيشتر براي كار جذب به كار برده مي شوند. حلقه هاي مزبور بايد به گونه اي گزيده و در برج ريخته شوند كه هدف هاي زير عملي گردد :
ايجاد بيشترين سطح تماس ميان مايع و بخار :
چنانچه پيش از اين آمد ، هر چه سطح تماس ميان مايع و گاز بيشتر باشد ، بازدهي انتقال ماده ميان فاز بخار و فاز مايع بيشتر خواهد بود.
ايجاد فضاي مناسب براي گذشتن سيال از بستر انباشته :
منظور از گذشتن مناسب سيال اين است كه فضاي خالي موجود ميان حلقه هاي انباشته در همه طول برج يكنواخت باشد تا مايع به آساني بسوي پايين حركت كند.
جنس مواد انباشتي :
جنس مواد انباشتي بايد چنان باشد كه با سيال درون برج ميل تركيبي نداشته باشد.
استحكام مواد انباشتي :
جنس مواد انباشتي بايد به اندازه كافي محكم باشد تا بر اثر استفاده شكسته نشود و يا تغيير شكل ندهد.
شيوه قرار دادن مواد انباشتي در درون برج به دو صورت منظم و يا نامنظم است.
پركردن منظم :
در پر كردن منظم حلقه ها بطور منظم در كنار يكديگر قرار گرفته بصورت بسترهاي قالبي به طور منظم در درون برج چيده مي شوند. از مزاياي اين نوع پر كردن كمتر بودن افت فشار است ، كه در نتيجه مي شود حجم بيشتري مايع را از آن گذراند .
پر كردن نامنظم :
در پر كردن نامنظم مواد انباشتي را از بالاي برج به درون آن مي ريزند و حلقه ها به طور نامنظم در كنار هم قرار ميگيرند. شكل موادي كه در اين نوع پر كردن بكار برده مي شوند . از مزاياي اين نوع پر كردن ، مي توان به كم هزينه بودن آن اشاره كرد ولي افت فشار بخار در گذر از برج زياد خواهد بود.
مقايسه برجهاي انباشته با برجهاي سيني دار :
در برجهاي سيني دار مي توان مقداري از محلول را بشكل فرايندهاي كناري از برج بيرون كشيد ولي در برجهاي انباشته اين كار شدني نيست.
كارهاي تعميراتي در درون برجهاي سيني دار آسانتر انجام ميگيرد.
تميز كردن برجهاي انباشته : از آنجايي كه بايد پيش از هر چيز آنها را خالي كرد و بعد آنها را تميز نمود بسيار پرهزينه خواهد بود.
