بخشی از مقاله
بررسي عملکرد پکينگ هاي ساختاريافته (Structured Packing) در واحدهاي نيمه صنعتي
چکيده :
استفاده از پکينگ هاي ساختار يافته امروزه به عنوان تحول عظيمي در تجهيزات مورد استفاده در فرآيند هاي جداسازي مطرح مي باشد. ساخت پکينگ هاي ساختاريافته هنوز در ايران مرسوم نيست و بيشتر بايد از خارج تهيه گردند بنابراين شناسايي تکنولوژي , بررسي مدلهاي مختلف , اندازه گيري مشخصه هاي آنها وبررسي عملکرد و کارايي آنها ضروري به نظر مي رسد. در اين طرح , پکينگ Wire-Gauze ,مدل CY- با سطح ويژه ۷۵۰ متر مربع بر متر مکعب از بستر- و و زاويه خم ۴۵ درجه ,در يک برج پايلوت به قطر ۱۰ سامتي متر و ارتفاع ۴.۵ متر در حالت جريان برگشتي کامل براي ترکيبي از متانول و اتانول و مقداري آب مورد آزمايش قرار گرفته و عملکرد آنها مورد بررسي قرار گرفت . اثر پارامترهايي چون ظرفيت حرارتي ريبويلر به همراه افزايش فشار براي حالت آدياباتيک , بر بازدهي و افت فشار پکينگ ها مورد بررسي قرار گرفت .
جهت مقايسه عملکرد پکينگ هاي ساختار يافته ونامنظم , يک تست نيز در برج پايلوت با پکينگ هاي نامنظم Pall Rings انجام شد.
کلمات کليدي :
۱- پکينگ هاي ساختار يافته ۲-برج تقطير ۳- جريان برگشتي کامل ۴- کارايي
مقدمه :
فرآيندهاي زيادي در مهندسي شيمي موجود مي باشند که هر کدام دستگاهها و تجهيزات خاص خود را دارند. يکي از مهمترين تجهيزات , برجهاي انتقال جرم مي باشند.
برجهاي انتقال جرم به دو گونه اصلي سيني دار و آکنده ساخته مي شوند که هر کدام بسته به نوع سيني و نوع پکينگ مورد استفاده به انواع مختلفي تقسيم مي شوند. برجهاي سيني دار داراي قدمت بيشتري نسبت به انواع آکنده هستند. تقسيم بندي برجهاي انتقال جرم با توجه به نوع فرآيند آنها به دسته هاي زير تقسيم مي شوند:
برجهاي تقطير برجهاي جذب برجهاي استخراج برجهاي دفع تاريخچه استفاده از ستون هاي پر شده در فرآيندهاي شيميايي به چندين دهه قبل بر مي گردد. در نيمه نخست قرن حاضر اين ستون ها به صورت ابتدايي طراحي مي شدند و کاربرد آنها بيشتر در مورد سيستم هاي خورنده و يا ستون هايي با قطر کم , محدود مي شد. در اواسط قرن حاضر موقعيت اين ستون ها به تدريج تغيير کرد و با توسعه پکينگ هاي نامنظم از قبيل Pall Rings , طراحان و مهندسان را به کاربرد پکينگ ها در ستون هاي تقطير در واحدهاي تجاري و صنعتي وادار کرد. با توسعه پکينگ هاي فوق , ساخت پکينگ هاي ساختار يافته جهت افزايش بازدهي همراه با کاهش افت فشار و افزايش ظرفيت عملياتي , گسترش يافت . بنابراين برجهاي آکنده در دنيا مجهز به پکينگ هاي ساختار يافته شدند.
برجهاي پر شده از پکينگ هاي ساختار يافته از نظر هزينه غالبا" با برج هاي سيني دار و ستون هاي پرشده از پکينگ هاي نامنظم قابل رقابت هستند. برجهاي مذکور معمولا" در مواردي که بايد افت فشار کم باشد, نظير تقطير در فشار کم , و يا مواردي که ماندگاري مايع بايستي کم باشد, مثل تقطير مواد حساس در برابر گرما که زمان تماس اين مواد با دماي بالا بايستي به حداقل برسد, به کار مي روند . اگر جه تکنولوژي مرتبط با پکينگ هاي ساختار يافته در دنيا همراه با پيشرفت دانش و آگاهي در اين زمينه رو به رشد است , اما متاسفانه وجود مدارک ناموفق در اکثر مقالات , باعث جديت بيشتر در زمينه انجام آزمايشات مختلف در کاربرد اين پکينگ ها در موارد مختلف و مقايسه اين نتايج با مدلهاي قابل اطمينان ارائه شده جهت محاسبه عملکرد آنها شده است . اغلب داده هاي عملکردي منتشر شده در مورد پکينگ هاي ساختار يافته خم دار با زاويه خم ۴۵ درجه و با سطوح ويژه متفاوت انجام شده است .[١]
امروزه جهت برطرف کردن نياز هاي گوناگون صنايع مختلف که از اين پکينگ ها استفاده مي کنند , مثل نياز به افزايش ظرفيت , اکثر کارخانه هاي سازنده ,پکينگ ها ي مختلفي با زواياي مختلف چون ۴۵, ۶۰ درجه و با سطوح ويژه مختلف چون ۲۵۰, ۵۰۰, ۷۵۰ متر مربع به ازاي متر مکعب از بستر , را عرضه بازار کرده اند. اين پکينگ ها ارتفاع برج را بسيار کاهش مي دهند چرا که کارايي آنها با سطح و فضاي خالي بسيار زياد بوده و HETP آنها کوچک است . پکينگ هاي ساختار يافته به صورت صفحات خميده از جنس فلز و به صورت توري اولين بار توسط کمپاني Sulzer در سال ۱۹۷۰ معرفي شدند . امروزه کاربرد اين پکينگ ها در ستون هاي تقطير تحت خلاء حتي فشارهاي مياني بسيار ارزشمند مي باشد.[٢]
هر چند که در بسياري از موارد مدل کردن رفتار پکينگ ها-بازدهي و افت فشار و. . .- با استفاده از روابط حاکم بر انتقال جرم مي تواند کار ساز باشد , اما داده هاي تجربي در اين مورد به عنوان مدرک اصلي در استفاده از اين پکينگ ها در ستون هاي انتقال جرم مي باشد.
بنابراين عقلاني به نظر مي رسد که روشهاي منطقي و کاربردي براي طراحي اين ستون ها مورد بررسي قرار گيرد و عملکرد آنها تحت بررسي هاي آزمايشگاهي مختلف تست شود و مدلهاي مربوطه با استناد به داده هاي آزمايشگاهي , ارزشمند و معتبر گردند. هدف از اين تحقيق بررسي و شناخت عملکرد پکينگ هاي ساختار يافته و عوامل تاثير گذار بر آن مي باشد. اصولا در بررسي عملکرد پکينگ ها سه پارامتر بازدهي , افت فشار و ظرفيت عملياتي مد نظر قرار گرفته و تاثير عوامل مختلف بر اين سه پارامتر مورد بررسي قرار مي گيرد. در اين طرح ۱ نوع پکينگ ساختار يافته از نوع Wire-gauze و يک نوع پکينگ نامنظم Pall Rings مورد تست قرار گرفته و نتايج ارائه شده اند.[٤]
پايلوت آزمايشگاهي وشرح فرآيند:
تست تحت شرايط جريان برگشتي کامل براي ۱ نوع پکينگ ساختار يافته و ۱ نوع پکينگ نامنظم با بکار بردن ترکيبي از متانول و اتانول ومقدار ناچيزي آب انجام شد. فشار عملياتي از اتمسفريک (۰.۸۵بار) تا ۹ بار قابل تغيير بود. افزايش فشار براي بررسي عملکرد پکينگ ها در فشار هاي مختلف به اين طريق انجام شد که , پس از بررسي ظرفيت کندانسور , خروجي کنداسور دوم بسته شد , و با افزايش بار حرارتي ريبويلر و با توجه به اينکه برج کاملا" ايزوله بود , به علت تجمع بخار در ورودي به کندانسور , برج فشار هاي متفاوتي مي گرفت و پس از گذشت زمان زياد که شرايط پايدار برقرار مي شد نمونه گيري انجام مي شد. به علت محدوديت ظرفيت کندانسور تحت شرايط جريان برگشتي کامل و زمان زياد مورد نياز ما فقط تا فشار۳.۵ بار عمليات را ادامه داديم . در يک تست ديگر تاثير متغير هاي مختلف در زمينه هندسه ماکروسکوپي و ميکروسکوپي پکينگ بر روي بازده انتقال جرم , افت فشار و ظرفيت عملياتي مورد بررسي قرار گرفت . خصوصيات پکينگ هاي مورد نظر در جدول ۱ و۲ ارائه شده است .
