پروژه درباره تقطیر
| دسته بندی | نفت و گاز |
| بازدید ها | 0 |
| فرمت فایل | docx |
| حجم فایل | 146 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 191 |
پروژه درباره تقطیر
مقدمه :
فرآیند جدا سازی از مهم ترین فرآیندها در صنایع شیمیایی می باشند . هدف از این فرآیندها جدا سازی اجزایی از یک مخلوط گازی ، مایع و یا جامد می باشد . در برخی از این فرآیندها جدا سازی از طریق تماس دو سیال ( گاز یا مایع ) با یکدیگر و انتقال جرم از یکی به دیگری انجام می شود . از این گروه می توان به جذب گازی ( Gas Absorpion) ، عاری سازی ( Stripping) ، تنظیم ( Distillation) استخراج ( Extraction ) اشاره نمود . در این فرآیندها از تجهیزاتی استفاده می شود که قابلیت ایجاد سطح تماس مناسب بین دو سیال را داشته باشد . شدت انتقال جرم و میزان جداسازی بطور مستقیم به عواملی چون سطح تماس دو فاز ، طبیعت و میزان پراکندگی یک سیال در سیال دیگر بستگی دارد .
تجهرزات مختلفی که بدین منظور استفاده می شود به دو گروه کلی تقسیم می گردد : 1 ) تجهیزاتی که در آنها فاز گاز در فاز مایع پراکنده می شود . 2) تجهیزاتی که در آنها فاز مایع در فاز گاز پراکنده می گردد .
تجهیزاتی که در آنها فاز گاز در فاز مایع پراکنده می شود عبارتند از : برجهای سینی دار ( Teay Towers ) برجهای حبابی
( Bubble Columns) مخازن همزندار ( Agitated Vessels ) و تماس دهنده های گریز از مرکز ( centrifugal contactors ) . ( شکل 1-1- )
برجهای سینی دار مایع از قسمت بالا و گاز از بخش پائین وارد برج ( محفظه ای عمودی و استوانه ای شکل ) می شود و بر روی سینی های برج با یکدیگر تماس می یابند . در هر سینی فاز گاز در فاز مایع پراکنده شده و پس از اختلاط و انجام بتادلات جرمی از یکدیگر جدا می شوند .
در برج حبابی مایع تمام برجرا پر می کند و فاز گاز از پائین وارد برج شده و در داخل فاز مایع بصورت حبابهایی پراکنده می شود .
مخازن همزن دار مشابه برج های حبابی هستند با این تفاوت که در آنها از یک همزن جهت کوچک کردن قطر حبابهای گاز و در نتیجه زیاد کردن سطح تماس مایع و گاز استفاده می شود .
در تماس دهنده گریز از مرکز با چرخش یک محفظه متحرک و ایجاد نیروی گریز از مرکز به سمت دایره رانده شده و گاز بصورت معکوس و با اعمال فشار از سمت دیواره به سمت مرکز حرکت می کند ، در نتیجه سطح تماس مناسبی بین دو سیال ایجاد می گردد .
مهمترین تجهیزاتی که در آنها فاز مایع در فاز گاز پراکنده می شود شامل برجهای دیوار مرطوب ( Wetled wall columns ) برج های پاششی
( spray Tower ) و برج های پر شده ( Packed Towers ) می باشد .
در برج دیواره مرطوب فاز مایع بصورت یک لایه نازک روی سطح داخلی برج به سمت پائین حرکت می کند و با فاز گاز که از میان گاز حرکت می کند تماس می یابد .
در برج پاششی فاز گاز از پائین وارد برج می شود و فاز مایع از بالا از طریق منافذی به صورت قطرات ریز به داخل فاز گاز پاشیده می شود . در برج پر شده تماس دو فاز گاز و مایع از طریق پرکن هایی ( packings ) است که در برج قرار دارد . در این برج ها گاز از پائین وارد برج شده و مایع از بالا روی سطح پرکن ها ریخته می شود و در نتیجه سطح تماس زیادی برای انتقال جرم بین دو فاز فرآهم می شود .
« برج های سینی دار »
در یک برج سینی دار جریان مایع و گاز بصورت غیر همسو روی یک سری سینیهای فلزی یا پلاستیکی با یکدیگر تماس می یابند . در شکل ( 2- 1 ) طرحی از یک برج سینی دار نمایش داده شده است . همانطور که ملاحظه می شود مایع روی هر سینی بصورت افقی حرکت می کند و از میان ناودان هایی به پائین و سینی بعدی می ریزد . جریان گاز نیز از پائین و از طریق منافذی وارد سینی ها می شود و بصورت حبابهایی در مایع پخش می شود ، این فرایند باعث ایجاد یک توده کف آلود می گردد .
بر روی هر سینی مایع و گاز با یکدیگر تماس می یابند و پس از آن گاز از مایع جدا شده و به سمت بالا و سینی بالاتر
حرکت می کند . این عمل در سینی های دیگر
تکرار می شود و هر سینی یک مرحـله
جداسازی به حساب می آید . در صورت
تماس مناسب گاز و مایع در هر سینی ،
دو فاز به حالت تعادل نزدیک می شونـد
و در روی هر سینی برای نفــوذ گاز از
میان سینی ها و وارد شدن به مــــایع ،
منافذ بازی در نظر گرفته شده اســـت
، که در سه نوع اصلـــــی مشبـــــک
( perforated , jeive ) ، کـــــلاهی
( Bubble cap ) ، و دریچـــــــه ای
( valve cap ) می بـــــاشـــــــند .
« برجهای پر شده »
یک برج پر شده به طور معمول جهت تماس مداوم در جریان گاز و مایع به منظور انتقال جرم و یا انتقال حرارت بین دو فاز استفاده می شود ( در استخراج مایع – مایع در مایع با یگدیگر تماس می یابند ) در این برجها مایع از قسمت بالا وارد برج می شود و توسط توزیع کننده هایی روی سطح پرکن ها توزیع می شود و گاز نیز از پائین وارد ستون می گردد . طرح کلی یک برج پر شده در شکل ( 3-1 ) نشان داده شده است .
پرکن ها مهم ترین بخش برج های پر شده می باشند که جهت تماس در فاز استفاده می شوند . دیگر بخشهای برج شامل صفحات نگه دارنده پرکن ها
( packing jupports ) ، توزیع کننده های مایع و گاز
( Liquid and Gas Distributors ) ، جمع آوری کننده های مایع
( Liquid collectors ) و محدود کننده یا نگه دارنده بالای بستر
( bed Limitter , Hold – Doen – Grid ) می باشد . شدت انتقال جرم در فرآیندهایی که دو سیال با یکدیگر تماس می یابند به سطح تماس بین آن دو بستگی دارد یک برج پرشده نیز ساختمانی است که در آن جریان مایع به صورت یک لایه نازک و ترجیحاً متلاطم در طول برج و روی پرکن ها به سمت پائین حرکت کند و در آن سیرهایی نیز جهت عبور جریان گاز و تماس با مایع فراهم شده باشد . افزایش سطح پر کن ها موجب افزایش سطح تماس مایع و گاز و در نتیجه موجب افزایش شدت انتقال جرم خواهد شد . البته در عمل ممکن است به دلیل عدم توزیع خوب مایع و یا قرار گرفتن نا مناسب پر کن ها و یا عوامل دیگر بخشی از پر کن ها در برج خشک مانده و در نتیجه تبادلی با فاز گاز در آن بخش ها صورت نگیرد . از این جهت سطح کل پر کن ها ، سطح واقعی تماس دو فاز باشد و سطح تر شده اهمیت دارد .
در یک برج پر شده اکثرا دو فاز را بصورت نا همسو با یکدیگر تماس
می دهند . برای مثال یک فرآیند جذب گازی را در نظر بگیرید که در آن هدف ، جداسازی یک ترکیب گازی از مخلوط گازی ، از طریق تماس با مایعی که قابلیت حل کردن آن ترکیب گازی را دارد می باشد . در این فرآیند مایع به عنوان حلال ، اجزاء منتقل شونده به عنوان جزء حل شونده و جریان گازی به عنوان حامل جزء حل شونده مطرح می باشند که این حامل بطور معمول در فاز مایع حل نمی شود . در یک فرآیند ناهمسو جذب گازی در بالای برج مایع ورودی با غلظت کم و یا عاری از جزء حل شونده و در پائین برج مایع با غلظت بیشتر تا گاز ورودی غنی از جزء حل شونده تماس می یابند . این باعث می شود که اختلاف غلظت در هر نقطه از برج وجود داشته باشد و از آنجائی که شدت انتقال جرم بطور مستقیم با اختلاف غلظت دو فاز بستگی دارد ، جریان ناهمسوی گاز و مایع بسیار مؤثرتر از جریان همسو
می باشد .
منظور از ظرفیت یک برج پر شده ( Tower copacitg ) میزان جریان های گاز و مایع در برج می باشد به عبارتی ظرفیت بیان کننده میزان خوراک ورودی و یا محصولات خروجی از برج در واحد زمان می باشد .
طراحی یک برج پر شده و انتخاب تجهیزات مناسب نیز با توجه به ظرفیت مورد نظر صورت می گیرد . عوامل مختلفی روی ظرفیت و عملکرد یک برج موثر هستند که مهمترین آنها افت فشار ( pressure Drap ) ، ماندگی مایع (Liquid Holdup ) و توزیع مایع ( Liquid Distribution) می باشد ، در ادامه ، تعریف موارد فوق هم چنین مفاهیمی مانند طغیان ( Flooding ) ، انباشتگی ( Loading) ، و کف زدائی ( Foaming ) ، به لحاظ اهمیت مورد بحث قرار می گیرند .
« افت فشار »
به منظور عبور یک سیال از میان یک کانال یا لوله ، اختلاف فشاری باید بین ورودی و خروجی وجود داشته باشد این اختلاف فشار برای محاسبات مهندسی بسیار مهم است زیرا حاصلضرب آن در شدت جریان سیال ، بیانگر توان پمپ مورد نیاز می باشد . عوامل متعددی موجب افزایش افت فشار در یک مسیر می شوند و از این جهت راه اصلی کاهش هزینه انتقال ، کاهش این افت فشار می باشد . افت فشار در یک بستر پر شده به مراتب بیشتر از یک لوله باز است . برای مثال افت فشار در یک بستر پر شده ممکن است 25 تا 50 برابر بیش از یک برج خالی باشد .
عوامل اصلی که روی افت فشار در یک برج پر شده اثر می گذارد به ترتیب اهمیت به شرح زیر است : ( 1 )
- درصد فضای خالی ( Free volume ) در برج ( تخلخل بستر )
- سرعت جرمی گاز
- سرعت جرمی مایع
- قطر موثر قطعات پر کن
- جرم حجمی گاز
از آنجایی که از جریان سیال از میان بستر پر شده معمولا به صورت متلاطم است گرانروی فاز گاز اثر کمی رویس افت فشار دارد . اثر تخلخل روی افت فشار بسیار زیاد می باشد برای مثال کاهش تخلخل از 70 به 65 درصد ، می تواند افت فشار را تا 50 درصد افزایش دهد . میزان تخلخل در یک برج پر شده کاملا به نحوة بارگیری برج بستگی دارد ، بنابراین استفاده از اطلاعات افت فشار برای یک بستر خاص و تعمیم آن برای شرایط دیگر با مشکلاتی همراه است . هم چنین ممکن است دو نوع پرکن با تخلخل یکسان ، افت فشار متفاوتی در برج ایجاد کنند . برای جریان متلاطم ، افت فشار با توان 1.8 تا 2 سرعت جرمی گاز رابطه دارد .
همانطور که مشاهده می شود در هر شدت جریان مایع در ابتدا شیب خطوط تقریباً مشابه و ثابت می باشد اما با افزایش شدت جریان گاز ، افت فشار بطور ناگهانی افزایش یافته و تغییر شیب ناگهانی در منحنی را موجب می شود همچنین مشاهده می شود که افت فشار با افزایش دبی مایع نیز به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد . کاهش در اندازه پر کن ها موجب افزایش افت فشار در برج می شود که این اثر در مورد جرم حجمی گاز
نیز صدق می کند .
ماندگی مایع ( Liquid Holdup )
دو نوع ماندگی مایع در برج پر شده تعریف می شود ، نوع ایستا ( jtatic ) و نوع عملیاتی ( operating ) (4 )
ماندگی مایع ایستا به حجم مایعی که در واحد حجم بستر پس از متوقف شدن جریان های گاز و مایع و خارج شدن مایع عملیاتی باقی می ماند ، گفته می شود . مقدار ماندگی مایع به عواملی چون میزان سطح ، زبری سطح و شکل و زوایای پر کن بستگی دارد . از طرفی تماس و اتصال پرکن ها در برج موجب نگه داشتن بخشی از مایع می گردد . ماندگی مایع ایستا معمولا زیاد نمی شود و اهمیت زیادی ندارد . با این وجود هر چه ماندگی مایع ایستا در یک برج کمتر باشد مطلوب تر است .
ماندگی مایع عملیاتی ، حجمی از مایع است که در واحد حجم پر کن پس از توقف دبی های مایع و گاز از برج خارج می شود و یا به عبارت دیگر مقدار مایعی است که در حین عملیات در میان بستر نگه داشته می شود . ماندگی مایعی عملیاتی تابعی از شدت جریان میایع می باشد . در زیر ناحیه انباشتگی جریان گاز اثر کمی روی آن دارد . اثر کشش سطحی بطور عملی روی ماندگی مایع برای مایعات با کشش سطحی زیاد مانند آب ( 70 dyn /cm) کم می باشد برای مایعات آلی ( با کشش سطحی حدود 27 dyn/cm ) در شدت جریان های کم مایع ، ماندگی مایع عملیاتی حدود 12 درصد کمتر از آب خواهد بود . این ماندگی مایع برای یک سیستم با کشش سطحی کم
( حدود Bdy /cm ) در شدت جریان های کم مایع ، تا 20 درصد نیز کاهش خواهد داشت . در شار مایعی حدود
( 4.75 lit /m2.s ) 7 gpm /ft2 کشش سطحی روی ماندگی مایع اثری ندارد . البته این اندازه گیری در شرایط اتمسفری بوده و قابل تعمیم به شرایط فشار زیاد نمی باشد . ( 2 )
ماندگی مایع با افزایش اثر گرانروی مایع افزایش می یابد . افزایش گرانروی از 1 cp به 16 cp , 2 cp بیه ترتیب موجب افزایش 10 در صد و 50 درصد در ماندگی مایع می شود . هم چنین اگر گرانروی مایع به 0.15 cp , 0.45 cp کاهش یابد میزان مادگی مایع به ترتیب 10 درصد و 20 درصد کاهش می یابد در یک افت فشار ثابت نیز کاهش چگالی مایع موجب افزایش حجم ماندگی مایع می شود .
هر چه میزان ماندگی مایع در یک برج کمتر باشد مطلوبتر است زیرا وزن برج کمتر خواهد بود ( وزن یک برج ممکن است در اثر ماندگی مایع تا 25 درصد افزایش یابد ) تخلیه مایع از برج کمتر زمان می برد و مهم تر اینکه افزایش ماندگی مایع موجب افت شدت فشار می شود . برای مثال در یک برج با نوعی پرکن خاص افزایش ماندگی از 0.1 به 0.2 ( حجم مایع به حجم ستون ) می تواند موجب افزایش در افت فشار به میزان 100 درصد
گردد . (1 )
انباشتگی و طغیان :
همانطور که قبلا اشاره شد میزان افت فشار تحت تاثیر شدت جریان های گاز و مایع می باشد . نمونه ای از منحنی تغییرات افت فشار با تغییرات شدت جریان ها در شکل ( 4 – 1 ) نشان داده شده است و صورت کلی این گونه منحنی ها در شکل ( 5-1 ) آمده است . شیب خط مربوط به بستر خشک برای جریان متلاطم در حدود 1.8 –2 می باشد و این عدد برای شدت های کم تا متوسط مایع نیز صدق می کند .
در یک سرعت ثابت گاز ، با افزیش شدت جریان مایع ، سطح عبوری جریان گاز کاهش یافته و از این جهت افت فشار افزایش می یابد . در ناحیه A زیر خط در شکل ( 5-1) ماندگی مایع با تغییر شدت جریان گاز تقریباً ثابت می ماند . اما با افزایش شدت جریان مایع افزایش می یابد . در نتیجه در ناحیه بین B , A ماندگی مایع با افزایش شدت گاز افزایش یافته ، سطح عبوری گاز کمتر شده و افت فشار بیشتر افزایش می یابد که این موضوع با شکستی که در منحنی ها در امتداد خط A رخ می دهد مشخص می باشد . این ناحیه را محدوده انباشتگی ( Loading ) می نامند .
زمانی که شدت جریان گاز در یک شدت جریان ثابت مایع تا امتداد خط B افزایش می یابد یکی از حالات زیر رخ می دهد .
1 . لایه ای از مایع که درون آن حباب های گاز قرار دارند در بالای بستر نمایان می شود .
2. مایع بستر را پر می کند و سیستم از حالات گاز پیوسته – مایع پخش شده به حالت فاز مایع پیوسته – گاز پخش شده تغییر می کند .
3. کف با سرعت زیادی تا بالای بستر را پر می کند .
به ناحیه بالای خط B ناحیه طغیان ( Flooding ) گفته می شود . در این محدوده گاز بخشی از مایع را با خود به سمت بالا حمل می کند و همانطور که مشاهده می شود ( شکل 5-1 ) شیب منحنی افت فشار بطور ناگهانی افزایش می یابد . یک برج عملا نمی تواند در شرایط طغیان کار کند و معمولا محدوده مناسب طراحی بین مرزهای انباشتگی و طغیان است
( محدوده بین دو خط B, A ) که این موضوع اهمیت این ناحیه را نشان می دهد و در حقیقت ظرفیت برج بر این مبنا محاسبه می شود . ( 3 )
معمولا افت فشار مجاز گاز به ازاء هر متر بستر برای برج های جذب و عادی سازی در محدوده 200 – 400 N/m2 برای برج های تقطیر اتمسفر در محدوده 400 – 600 N /m2 و برای برج های خلاء در محدوده
8 – 40 N/m2 می باشد . ( 3 )
« کف زدائی »
در برخی موارد تماس گاز و مایع ، و حرکت و تلاطم آنها موجب تولید کف می گردد . کف موجب ایجاد فاز مایعی با جرم حجمی کم شده و بدین طریق موجب کاهش تخلخل بستر و در نتیجه افزایش افت فشار و کاهش ظرفیت برج می گردد . تغییرات کشش سطحی برای مایعات غیر کف زا اثر چندانی روی ظرفیت برج ندارد . برای بررسی میزان کف زائی یک سیستم می توان طی آن آزمایش نمودار تغییرات افت فشار بر حسب شدت جریان ها مشابه شکل ( 4 – 1 ) برای سیستمی مشابه ، با مایعی غیر کف زا و خنثی به دست آورد و سپس آنرا با نمودار بدست آمده برای مایع اصلی مقایسه کرد . مقدار افزایش افت فشار در مایع اصلی فرآیند نسبت به مایع غیر کف زا بیانگر میزان کف زائی مایع اصلی می باشد . همچنین این آزمایش نشان می دهد که کف زائی با تغییر شدت جریان ها از چه ناحیه ای شروع می شود .
در برخی از سیستم ها ، کف به دلیل تاثیر جریان گاز روی مایع ایجاد می شود . در این موارد افت فشار با افزایش سرعت گاز سریعتر افزایش می یابد و این باعث خواهد شد که برج در ظرفیت کمتری از گاز عمل کند . در بعضی سیستم های دیگر کف پایداری تولید می شود که نرخ تولید آن بیش از نرخ از بین رفتن آن است . در این شرایط معمولا از مواد ضد کف
( Antifoa ming Agent ) استفاده می شود . این کف ممکن است در اثر عملکرد فعال کننده های سطحی در محیط بوجود آید . استفاده بیش از حد از مواد کف نیز خود موجب کف زایی خواهد شد .
توزیع مایع
یکی از مهم ترین مسائل در یک برج پرشده ایجاد و تداوم یک توزیع یکنواخت مایع در برج می باشد از آنجائی که وظیفه اصلی برج های پرشده تماس مایع و گاز است ، بنابراین هرگونه نقص و عدم یکنواختی توزیع مایع در این سیستم ها موجب کاهش بازده فرآیند می شود . آزمایشات نشان داده که حتی با وجود توزیع اولیه مناسب در بالای بستر ، ممکن است جریان مایع در بستر کاتالیزه شود . در برج هایی با قطر بزرگ احتمال توزیع غیر یکنواخت بیشتر است . هم چنین مشاهده شده است که جریان اثر چندانی روی توزیع مایع ندارد مگر در نزدیکی های محدوده طغیان که گاز بخشی از مایع را با خود به سمت بالا حرکت می دهد . گرانروی سیالات اثر کمی روی توزیع آن ها دارد ، اما افزایش کشش سطحی و چگالی مایع موجب تمایل به توزیع غیر یکنواخت در مایع می شود .
با افزایش شدت جریان مایع معمولا توزیع مایع بهتر می شود . این مطلب ، بخصوص موقعی که نسبت قطر برج به قطر پرکن زیاد است صدق می کند . در برج هایی که نسبت برج به قطر پرکن کوچک تر از 7 باشد مایع تمایل به حرکت به سمت دیواره را دارد . هم چنین با افزایش اندازه پرکن سطح مرطوب کاهش می یابد و این احتمالا به دلیل افزایش تمایل به کانالیزه شدن است (1) .
جهت حفظ توزیع مناسب مایع در برج ، از تجهیزاتی چون نگه دارنده های پرکن و صفحات توزیع کننده مایع در مقاطع مختلف برج و به صورت صحیح استفاده می شود .
« مقایسه برج های پر شده و سینی دار »
با توجه به اهمیت برج های پر شده و سینی دار و کاربرد وسیعی آنها در تجهیزات تماس دهنده گاز و مایع ، معمولا این سئوال مطرح است که در شرایط مشخص کدامیک باید انتخاب شود . در این قسمت مقایسه ای بین این دو سیستم صورت گرفته است که به انتخاب سیستم مناسب جهت یک فرآیند کمک می کند .
مقدمه ای درباره برج تقطیر
مقدمه ای درباره برج تقطیر
دانلود تحقیق مقدمه ای درباره برج تقطیر ، در قابل فایل word و در حجم 21 صفحه. تقطیر، در واقع جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبکتر ...
