پاورپوینت آزمایشگاه عملیات واحد

در 80 اسلاید قابل ویرایش با فرمت pptx

آزمایشگاه عملیات واحد

برج تقطیر 

برج پر شده

استخراج از جامدات

راهنما

در باره ما

برج های سینی دار

مقدمه و تئوری:

برج های سینی دار استوانه هائی عمودی هستند كه در آنها مایع و گاز بصورت مرحله ای در سینی ها و یا صفحات , تماس حاصل می نمایند .

در برج های سینی دار مایع از بالای برج وارد شده و تحت اثر نیروی ثقل بطرف پاین حركت می كند  مایع در مسیر خود از طریق یك مجرا به سینی پائین می ریزد . گاز از پائین به بالا حركت می كند . مایع در مسیر خود از طریق روزنه های موجود  در صفحات بصورت حباب در آمده و به درون مایع پراكنده می شود و ایجاد كف می كند . گاز و مایع سپس از یكدیگر جدا شده و به سمت صفحات بعدی حركت می كنند . نتیجه كلی , یك تماس چند مرحله ای متقابل است , با وجود آن كه در هر مرحله یك جریان متقاطع گاز مایع وجود خواهد داشت. هر صفحه برج به منزله یك مرحله می باشد زیرا كه تماس كافی در روی هر صفحه بین فازها انجام می شود . نفوذ بین فازها صورت می گیرد و سپس فازها از یكدیگر جدا می شوند . تعداد مراحل تعادلی (سینی های تئوری ) یك ستون یا برج بستگی به سختی جداسازی مورد نظر داشته و با برقراری موازنه مواد و در نظر گرفتن وضعیت تعادلی هر مرحله به دست می آید .

قطر برج بستگی به مقادیر گاز و مایعی كه در درون برج در واحد زمان جاری هستند دارد .

برای آنكه بازده هر مرحله یا سینی افزایش یابد , زمان تماس فازها و نیز سطح تماس بین آنها بایستی زیاد باشد تا عمل نفوذ بین دو فاز به خوبی انجام پذیرد .

همچنین برای بدست آوردن ضرائب انتقال جرم بالا , داشتن تلاطم زیاد ضروری است . اگر بخواهیم زمان تماس طولانی داشته باشیم , عمق مایع روی هر سینی باید زیاد باشد تا حبابهای گاز برای خروج از درون مایع مدت بیشتری را صرف كنند .

برای بدست آوردن بازده بالا , عمق مایع روی سینی بایستی زیاد بوده و سرعت گاز نیز باید نسبتا زیاد باشد .

یكی از این اشكلات ماندگی (Entraainment) قطرات مایع در جریان گاز است . سرعت زیاد فاز گاز سبب می شود كه قطرات ریزی از مایع در گاز به طرف سینی بالا حركت كند . مایعی كه به این ترتیب حمل می شود موجب كاهش اختلاف غلظت كه عامل اصلی برای انتقال جرم است گردیده و بازده سینی را كم می كند .

در مورد برجهای تقطیر , افت فشار زیاد سبب افزایش فشار در پائین برج و در نتیجه بالا رفتن نقطه جوش مواد می گردد كه این خود سبب بروز اشكالاتی در زمینه تامین گرما می گردد .

افت فشار زیاد در برج سبب پیدایش پدیده طغیان (Flooding) می گردد . وقتی اختلاف فشار بین فضای دو طرف سینی زیاد باشد, سطح مایعی كه یك سینی با فشار كمتر را طی كرده و وارد سینی دیگری با فشار بالاتر می گردد .

در صورتی كه عمق مایع در روی سینی زیاد باشد , چون زمان تماس افزایش می یابد , بازده سینی ها زیاد می شود ولی افت فشار به ازاء هر سینی افزایش خوواهد یافت .

اگر شدت مایع بسیار كم باشد , گازی كه از درون منافذ صفحه به بالا می رود مایع را با خود به سمت بالا خواهد كشید (coning) , در این حالت تماس گاز و مایع بسیار ضعیف خواهد گردید . در صورتی كه شدت گاز خیلی كم باشد , قسمت اعظم مایع ممكن است از منافذ صفحه به پائین چكه كند (weeping) و لذا جریان كاملی از مایع در سراسر سینی وجود نخواهد داشت . اگر شدت گاز فوق العاده كم باشد , تمام مایع از منافذ به پائین ریخته و اصولا مایعی به محل ریزش مایع نخواهد رسید . (Dumping) .

پوسته و سینی ها

در ساخت برج ها , بر حسب شرایط عملیاتی و خوردگی , می توان از انواع مواد مانند , شیشه , فلزات با آستر شیشه ای , كربن نفوذ ناپذیر , پلاستیك و حتی چوب استفاده كرد . البته در غالب موارد از فلزات استفاده می شود . برای كاهش هزینه ساخت , شكل برج عموما بصورت استوانه ای است . در برج های كوچك به منظور تمیز كردن , دریچه هائی در اطراف آن ها نصب می كنند ودر برج های بزرگ به ازاء هر ده سینی یك راه ورود (mainway) به برج در نظر گرفته می شود .

سینی ها عموما از ورق های فلزی و در صورت لزوم از آلیاژهای بخصوص ساخته می شوند . ضخامت سینی ها با توجه به میزان خوردگی مجاز تعیین می شود . برای جلوگیری از حركت سینی در اثر تغییرات حركت گاز سینی ها به بدنه برج وصل شده و نیز از میله های نگه دارنده در زیر آنها استفاده می شود . در نصب سینی ها فاصله كافی بین بدنه برج و سینی به منظور پیش بینی انبساط حرارتی در نظر گرفته می شود .

فواصل سینی ها از یكدیگر

وقتی ارتفاع برج محدود باشد فاصله صفحات (6in ) 15 cm اختیار می شود . در غالب موارد , مگر حالتی كه قطر برج بسیار كوچك است , فاصله (20in ) 50cm از نقطه نظر تمیز كردن داخل برج فاصله بسیار مناسبی به نظر می رسد .

قطر برج

قطر و برج و لذا سطح مقطع آن باید به اندازه ای باشد كه بتواند شدت جریان های گاز و مایع را در محدوده عملكرد مطمئن بدون بروز اشكالاتی از خود عبور دهد . در حالت طغیان , سرعت ظاهری گاز vf

برای مخلوط هائی كه ایجاد كف نمی كنند v, كمتر از vf در نظر گرفته می شود (در مواردی كه مایع خاصیت كف كنندگی داشته باشد این رقم به 75 درصد یا كمتر تقلیل می یابد ) .

قطر برج را می توان با افزودن فاصله صفحات كم كرد .

مجاری ریزش مایع (Downspouts)

چون گاز در اثر پخش شدن با مایع در روی صفحه ایجاد توده كف مانندی می كند , بایستی در مجرای ریزش مایع زمان كافی برای جدا شدن گاز از مایع وجود داشته و لذا فقط مایع شفاف وارد صفحه زیرین گردد . انتهای مجرای ریزش مایع را بایستی به اندازه كافی به سینی زیر نزدیك كرد تا سطح زیرین مایع روی آن سینی قرار گیرد .

بندها (weirs)

عمق ماعی لازم در روی هر سینی برای ایجاد تماس كافی به حباب های گاز و فاز مایع توسط یك بند خروجی (outlet weir9 تنظیم می شود . این بند ممكن است ادامه صفحه مربوط به مجرای ریزش مایع بوده و یا بصورت جداگانه بر روی لبه سینی نصب گردد .