بخشی از مقاله
چکیده
در صنایع شیمیایی جداسازي ترکیبات از یک جریان خوراك، میتواند توسط برجهاي تقطیر سینیدار انجام گیرد. براي بهبود عملکرد برجهاي سینیدار باید طراحی قطعات داخلی آنها با دقت زیادي انجام پذیرد. زمانی که طراحی فرآیندي به اتمام میرسد، طراحی تجهیز آغاز میشود. این فاز منجربه گذر از طراحی ملزومات فرآیندي - یعنی بارهاي بخار و مایع در هر بخش از برج - به اجزاي سختافزاري واقعی میگردد. طراحی تجهیزات به دو فاز تقسیم میگردد: طراحی اولیه - پایه - و ثانویه - تفصیلی - . فاز اول شامل تعیین قطر برج، نوع سینی، و نحوه تقسیم مساحت سینی بین نواحی حبابزایی و ناودانی میشود. این فاز همچنین تخمینی اولیه - و معمولا نزدیک - از فاصله سینیها، تعداد گذرهاي مایع، و خصوصیات دیگر از طرح سینی و ناودانی نظیر ارتفاع بند، کسر مساحت سوراخکاري شده، قطر سوراخها، و فاصله زیر ناودانی ارائه مینماید. این تخمینها سپس در فاز ثانویه نهایی میشود. آرایش داخلی مناسب براي کارایی مؤثر برجهاي سینیدار بسیار مهم است. توزیع غیر یکنواخت بخار، مایع یا یک جریان خوراك دوفازي روي هرکدام از سینیها بر روي سینیهاي مجاور و در نتیجه بر عملکرد کلی برج تأثیر میگذارد. توزیع غیریکنواخت اولیه در بسیاري از موارد به سایر سینیها نیز منتقل میشود. در این مقاله نوع، آرایش، طراحی و اندازهي قطعات داخلی برج، همراه با طرحهاي فرآیندي مناسب مورد بررسی قرار گرفته است. این مقاله دستورالعملهایی را با حفظ پیکربندي کلی برجهاي سینیدار ارائه میکند.
واژههاي کلیدي: برج تقطیر سینیدار، ساختار داخلی، طراحی تجهیزات، طرحی فرآیند، آرایش داخلی برج، تعییناندازهي قطعات.
-1 مقدمه
صنایعی همچون نفت و گاز، پالایش، پتروشیمی و... اغلب با فرآیندهایی همچون جذب، دفع، تقطیر و استخراج مایع-مایع روبرو میشوند. این فرآیندها نیازمند برجهایی هستند که قطعات داخلی آنها مخصوص جداسازي جریانهاي بخار یا مایع میباشد. در اکثر برجهاي سینیدار از سینیهایی همچون کلاهک حبابی - Bubble cap - ، سوراخدار - Perforated - ، دریچهاي - Valve - ، دو جریانی - Dual flow - ، بافل - Baffle - و چندین سینی اختصاصی دیگر براي رسیدن به حداکثر جداسازي اجزاي مورد نظر از جریان خوراك استفاده میشود. از این رو انتخاب نوع، اندازه، روش نصب، راهاندازي و بهرهبرداري دقیق سینیها، مورد توجه قرار گرفته است. معمولا اندازهي برج، قطر و ارتفاع کلی آن با انتخاب طرح سینی مشخص میشود .[1]براي اطمینان از توزیع مناسب بخار و یا جریان مایع ورودي به برج، باید تجهیزات داخلی برجهاي سینیدار با دقت زیادي طراحی شود.
طراحی و آرایش داخلی برج دو هدف مهم را در بر میگیرد: اول عملکرد درست و مؤثر سینیها و دوم اطمینان از حصول ویژگیهاي مدنظر در طراحی تجهیزات. توزیع غیر یکنواخت بخار، مایع یا هر دو به دلیل آرایش داخلی نامناسب، ممکن است باعث عبور بخار و یا مایع از کنارههاي سینی مثل کانالیزه شدن - Channeling - شود، و از این رو بازده سینی ها را تحت تأثیر قرار دهد و باعث افت عملکرد کلی برج گردد .[1]این مقاله در مورد گزینش، چینش داخلی و ضوابط تعیین اندازه - Sizing - تجهیزات مورد نیاز براي انواع رایج سینیهاي داراي ناودان بحث میکند. سینیهاي دو جریانی، سینیهاي تیغهاي و سینیهاي اختصاصی، طراحی متفاوتی دارند که در اینجا مورد بحث قرار نگرفته است.برخی از جنبههاي مهم طراحی سینی در زیر مورد بررسی قرار گرفته است. این مقاله دستورالعملهاي کلی براي طراحی و اصلاحات مورد نیاز براي رفع مشکلاتی همچون رسوب، کف و غیره که ممکن است در سیستم پیش آید را ارائه میدهد.
-2 بخشهاي داخلی برج سینیدار
علت عمدهي عملکرد نامناسب برجهاي سینیدار به دلیل آرایش نامناسب اجزاء داخلی برج است، که در اغلب موارد این اجزاء توسط فروشندگان سینی طراحی میشوند؛ اما آرایش داخلی توسط مجوز دهندهي فرآیند - Process licensor - یا طراح فرآیند معین میشود .[2] همچنین سینیها معمولاً توسط فروشنده سینی ساخته میشوند، در حالی که برج توسط یک سازنده ستون تقطیر همراه با انواع دیگري از تجهیزات داخلی قابل حمل، ساخته میشود. دو جزء ذکر شده بطور جداگانه به سایت حمل شده و سپس در آنجا عملیات نصب کامل میگردد. پس از طراحی ستون و بدست آوردن ابعاد آن که وابسته به طراحی سینی است، یک طرح اولیه از فرآیند براي برج مورد نظر آماده میشود. براي عملکرد مناسب سینیها، این طرح اولیه باید شامل طراحی جزئیات بخشهاي داخلی باشد. یک برج سینیدار میتواند داراي یک یا چند بخش داخلی از موارد ذیل باشد:
- 1 ورودي مایع در بالاي برج - جریان برگشتی یا خوراك - .
- 2 ورودي مایع بر روي سینیهاي میانی - جریان خوراك - .
- 3 ورودي بخار در زیر پایینترین سینی و یا در بین سینیهاي میانی.
- 4 خروجی مایع از سینیهاي میانی و جریان پایین برج.
- 5 خروجی بخار از بالاي برج و سینیهاي میانی.
- 6 جریان خوراك دو فازي در بالا، پایین یا میانه برج.
همچنین براي خروج تمام مایع موجود در بین سینیهاي میانی، نیازمند به استفاده از سینی دودکشی تغییر در قطر برج نیازمند تحول در آرایش داخلی است، تا در محل تغییر قطر، اختلاط جریانات بخار و مایع به خوبی انجام گیرد و براي حفظ عملکرد سینی بطور مناسب توزیع شوند. در برخی مواقع لازم است که مقادیر زیاد مایع یا بخار را به بخشی از سینیهاي میانی وارد یا از آن خارج کنیم، که نیازمند آگاهی از هیدرولیک بخش بالا یا پایین سینی ورود خوراك است. این امر مستلزم طراحی داخلی ویژهاي میباشد؛ و معمولا باید در محل تغییر قطر، فاصله بین سینیها بیشتر اختیار شود.
-3 ورودي مایع
خوراك مایع معمولاً روي بالاترین سینی یا مابین دو سینی وارد میشود. جریان مایع میتواند یک خوراك تازه یا یک جریان برگشتی باشد و نیز در شرایط مایع متراکم یا در حال جوش، وارد شود. ترکیب نسبی این جریان ممکن است مشابه مایع روي سینی یا متفاوت از آن باشد. ورود جریان مایع تازه میتواند کف کردن را تشدید نموده و تا زمانی که با جریان مایع درون برج آمیخته میشود، ادامه یابد. هر کدام از این حالات نیازمند طراحی یک توزیع کنندهي مناسب است تا برج عملکرد صحیحی داشته باشد. نهایتا تعداد گذرهاي سینی - Tray passes - تعیین کنندة طراحیهاي مربوط به توزیع کننده است.
-1-3 ورودي مایع در بالاي برج
معمولا این جریان یک مایع متراکم است، به جز در برخی برجهاي دفع - Stripping columns - که پیشگرم میشود و به صورت مایع در دماي جوش خود وارد برج میشود. همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده، خوراك مایع با یک نازل فلاش - Flush nozzle - یا یک لوله که تا درون برج ادامه مییابد، وارد برج میشود. این وروديها عموماً در بخش غیرفعال سینی - بخشی که بخار از آن عبور نمیکند - تعبیه میشوند. این بخش درست در راستاي ناودان - Downcomer - خروجی سینی پایینی قرار دارد و در محدودة آن هیچ بخاري وارد سینی نمیشود .[2]شکل صحیح دهانه ورودي، مایع را در تمام جهات عرض سینی پخش میکند. پس از آن، بند ورودي - Inlet weir - توزیع یکنواخت مایع در بخش فعال سینی را تکمیل میکند. توصیه میشود سطح مقطع توزیع کنندة مایع ورودي تقریبا 1/5 برابر قطر لوله جریان بوده و یا به گونهاي انتخاب شده که سرعت مایع حدود 1 m/s باشد، تا از پاشش بیش از اندازه، جلوگیري به عمل آید .[3]
-2-3 خوراك مایع به سینیهاي میانی
با توجه به شکل - 2 - ، مایع از قسمتی بالاتر از سطح سینی و همسو با ناودان ورودي به روي آن وارد شده و به نزدیکی لبه پایین ناودانی هدایت میشود. - که همچنین ناحیه زیرین جریان پایین رونده - Under-downflow area - نیز نامیده می شود -
