بخشی از مقاله
چکیده
فرآیندی که در آن اتم ها و مولکول ها از توده ی فاز گاز، مایع یا جامد روی سطح مایع یا جامد حرکت می کنند، جذب گویند. در عملیات جذب سطحی انتقال یک جزءاز فاز گاز یا مایع به سطح جامد صورت می گیرد. از کاربردهای این فرایند، می توان به رنگبری شربت قند و تصفیه روغنهای صنعتی یا خوراکی و حذف مواد آلاینده ازهوا یا مخلوط گاز های دیگر اشاره کرد. نیتروژن به عنوان یکی از مهم ترین مواد اولیه صنایع پتروشیمی و دارویی به حساب می آید،که این امر موجب شده تا روش های فراوانی در زمینه تولید نیتروژن با خلوص بالا ابداع شود.
یکی از این روش ها که امروزه مقبولیت و پذیرش همه جانبه ای در صنعت برای تولید این ماده یافته، فناوری جذب با تناوب فشار می باشد. در طول دهه های گذشته جداسازی هوا به وسیله جذب با تناوب فشار در مقایسه با تقطیر برودتی به یکی از فرایندهای صنعتی عمده برای تمام مقیاس های تولید، تبدیل شده است. درصنعت نفت و گاز ، تولید نیتروژن مایع به وسیله روش جذب با تناوب فشار در مواردی که نرخ جریان بالای نیتروژن و فشار بالایی برای تخلیه لازم است، حیاتی و مهم می باشد چرا که کاربردهای زیادی از جمله ترمیم شکستگی ها ،پاکسازی و خشک کردن خطوط لوله، پوشش سطوح و غیره دارد.
مقدمه
اولین بار در سال 1958 اسکارستروم این نظریه را ارائه داد که از طریق جذب با تناوب فشار می توان هوا را جداسازی نمود و از ای نجا بود که این فرایند به عنوان یکی از مهمترین روشهای صنعتی جداسازی هوا و تولید اکسی ژن و نیتروژن که کاربردهای زیادی در صنایع پتروشیمی و داروسازی دارند، مطرح شد. این روش جزء روش های جداسازی غیر برودتی گاز بوده و اصولاً با جذب در فشار بیشتر از فشار محیط و دفع در فشار نزدیک محیط سروکار دارد و هنگامی که نرخ های تولید کم محصول و یا تصفیه - خلوص - کم محصول مورد نیاز باشد مطلوب هستند.
اگرچه کاربردهای اولیه جداسازی با تناوب فشار شامل خشک کردن گاز و تصفیه - خالص سازی - محلول های رقیق است اما کاربردهای صنعتی رایج آن شامل تصفیه هیدروژن تولیداکسیژن ونیتروژن ازهوا، جداسازی پارافینهای خطی ازشاخه های آن،تولیدکربن دی اکسید، جداسازی هیدروکربن مثل هیدرومنوکسید کربن ، تولید هیدروژن از ریفورمر بخار متان و ... پذیرش و مقبولیت همه جانبه ای به دست آورده و آن را به یکی از بهترین و باصرفه ترین روش های جداسازی گاز تبدیل کرده است.
یکی از گازهایی که امروزه در صنعت استفاده فراوانی دارد، گاز نیتروژن است که برای تولید آن از دو جاذب زئولیت و غربال مولکولی می توان استفاده کرد که تفاوت این دو در روش دردفع می باشد. در مورد تصفیه هوا این فرایند به دو دسته فرایند جذب با تناوب فشاراکسیژن - فرایند جذب با تناوب فشاری که اکسیژن تولید می کند - و فرایند جذب با تناوب فشار نیتروژن - فرایند جذب با تناوب فشاری که نیتروژن تولید می کند - تقسیم می شود.
در عمل برای تولید اکسی ژن از هوا ، این فناوری با مصرف کم انرژی سود قابل توجهی را در مقایسه با فرایندهای برودتی دارد و از جاذب های انتخاب پذری که عموماً زئولیت ها - زئولی ت - 5A هستند، برای این امر استفاده می شود . در این جاذب ها، جداسازی به وابستگی زیاد جاذب به نیتروژن - تعادلی - و در مرحله بعد تاثیرات سینتیکی - سرعتی - بستگی دارد . در عملکرد تجهیزات جذب با تناوب فشار خواص جاذب نقش مهمی را ایفا می کند .
انتخاب یک جاذب مناسب برای عملکرد و بازدهی عالی خیلی مهم است انتخاب پذیری بالا و ظرفیت جذب به عنوان مشخصات یک جاذب مناسب است که با اختلاف فشار بین مرحله دفع و جذب و نیز دفع ساده نیتروژن تحت یک خلاء مناسب مورد نیاز، متناسب است . انتخاب پذیری بالا یعنی این که جاذب باید انتخاب پذیری بالاتری نسبت به فاز سیال داشته باشد در این مورد اختلاف جذب به عنوان اختلاف وابستگی تعادلی یا انتخاب پذیری سنیتیکی است که در جذب بستگی به اختلاف نرخ نفوذ ذرات درونی در بین قطعات جذب شده مختلف دارد .
ظرفیت بالای جذب نیز به این معنی است که جاذب خوب باید سطح جذب زیادی را برای یک ظرفیت جذب زیاد فراهم کند که در این مورد تولید سطوح داخلی با سطح زیاد در یک حجم کم، توسط جاذب های با مواد حفره دار به دست می آید که این اجسام به دو نوع میکرو حفره ها - اجسام با حفره های ریز - و درشت حفره ها - اجسام با حفره های درشت - تقسیم می شوند و جاذب با ظرفیت کم باعث گران شدن و طولانی شدن عمل جذب می شود . یک سیستم جذب با تناوب فشاردو بستری ، نوع مطلوبی از فرایند جذب با تناوب فشار است که در آن یک بستر به عنوان جاذب و دیگری به عنوان بستر دفع عمل می کند
انتخاب جاذب در سیستم جذب با تناوب فشار
سرعت انتقال جرم
جاذب های استفاده شده در فرایندهای جداسازی جذب با تناوب فشارباید قادر باشند که سرعت های انتقال جرم سریع از خود نشان دهند. این خیلی مهم استمخصوصاً، وقتی که زمان های سیکل کوتاه تر بوده و سرعت جرانی گاز نسبتاً بالاست.
تعادل : بسترهای جاذب باید انتخاب پذیری تعادلی بالایی داشته باشند.
ظرفیت: در انتخاب جاذب مناسب برای یک فرایند جذب با تناوب فشار ظرفیت جذب کاری بالا یک ضرورت است.
مشخصات فرایند جذب با تناوب فشار
• خلوص: این فرایند می تواند بیش از %99 خلوص داشته باشد .
• سرعت: یک چرخه فرایند فقط به چند دقیقه زمان نیاز دارد .
• اقتصاد: امر مهمی در تمام فرایندهای جداسازی گاز است . تعداد واحدهای مورد نیاز با مقدار محصول مورد نیاز نسبت مستقیم دارد .
• زمان راه اندازی اولیه:معمولاً متناسب با تعداد سیکل های فرایند است .
• پاک بودن فرایند: در مکان هایی که آلودگی هوا خطرناک است این فرایند مناسب است و فرایندی تمیز و پاک است.
مراحل یک فرایند جذب با تناوب فشارمعمولی
خوراک گاز - هوا - به داخل سیلندری که حاوی دانه ها - ذرات - جاذب است با فشار زیاد پمپ می شود و ناخالصی های هوا مثل گاز کربن دی اکسید ، روی سطوح داخلی دانه های جاذب جذب می شوند .هیدروژن در مخزن باقی می ماند که اکثر آن به عنوان محصول هیدروژن تصفیه شده است، فشار در سیلندر کاهش می یابد و ناخالصی در اثر کاهش فشار ، از مواد جاذب دفع - آزاد - می شود .
یک واحد معمولی جذب با تناوب فشار از دو محفظه ی متصل به هم دارای جاذب شامل غربال مولکولی تشکیل شده که این جاذب ها توسط عمل جذب برای حذف اجزاء خاص گاز متناسب با فرایند عمل می کنند و با هم کار می کنند .در هر لحظه یکی از این محفظه ها، اجزاء نامطلوب هوا را جذب می کند و محصول تولید می شود در حالی که محفظه ای دیگر توسط فشار گیری احیا - دفع - می شود . هوای تحت فشاری را در نظر بگیرید که از میان یک محفظه شامل بستر جاذب عبور کرده این بستر دارای جذب بیشتر اکسیژن نسبت به نیتروژن است .
وقتی هوا با فشار زیاد از غربال عبور می کند، مولکولهای اکسیژن در جاذب گیر می افتند ، در حالیکه مولکولهای نیتروژن از آن عبور می کنند . غربال به جذب اکسیژن ادامه می دهد تا به نقطه اشباع برسد موقعی که یک محفظه اشباع می شود و اکسیژن جذب شده را در فشار پایین دفع می کند جریان هوای ورودی قطع شده و هوای ورودی با محفظه دیگر برای جذب اکسیژن عوض می شود . با وجود این که سیستم دو بستری کاربرد رایج تری دارد اما شکل های تک بستری و سه بستری برای دوام بیشتر محصول به خوبی به کار می روند.
شرح چرخه فرایند جذب با تناوب فشار
یک چرخه تکرارسیکل جذب با تناوب فشار شامل چهار مرحله است،که این مراحل عبارتند از :
-1تولید
-2فشار گیری
-3پاکسازی
