یکی از مهم ترین تجهیزات مورد استفاده در بسیاری از صنایع شیمیایی، پتروشیمی، نفت و گاز، برج تقطیر است که از آن، در فرآیند های مربوط به جداسازی مخلوط های مایع استفاده می شود. با توجه به لزوم استفاده از برج تقطیر در این صنایع و مزایای فراوان کاربرد آن در فرآیند های مربوطه، باید به مواردی مانند طراحی و ساخت برج تقطیر نیز توجه ویژه ای شود تا در نهایت، بتوان به افزایش بهره وری، کاهش هزینه ها و بهبود کیفیت محصولات نهایی دست یافت. از این رو در این مطلب، شما را با برج تقطیر و اجزای مهم آن و هم چنین نحوه طراحی و ساخت برج تقطیر و فاکتور های مهم در این زمینه آشنا خواهیم کرد.
همان طور که گفته شد، برج تقطیر، یکی از تجهیزات بسیار مهم و موثر در فرآیند جداسازی مخلوط ها است که به طور مثال وقتی محلولی با اجزای مختلف مانند نفت در آن ریخته شود، بر اساس اختلاف در نقطه جوش اجزای تشکیل دهنده، آن ها را از هم جدا می کند. لازم است بدانید، برج تقطیر در دو مقیاس کوچک برای فعالیت های آزمایشگاهی و مقیاس بزرگ برای فعالیت های صنعتی مانند پالایشگاه ها طراحی و تولید می شود. مهم ترین کاربرد و موارد استفاده برج تقطیر نیز در صنایع نفت و به منظور جداسازی هیدروکربن های مختلف بر پایه میزان فراریت است. به این ترتیب، هیدروکربن های سنگین تر با نقطه جوش بالاتر، دیرتر و هیدروکربن های سبک تر با نقطه جوش پایین، زودتر از برج تقطیر خارج می شوند.
برج تقطیر برای انجام عملکرد خود به شکل مطلوب، دارای اجزای مختلفی است که هر کدام وظایف خاص خود را دارند. در ادامه، این اجزا را نام می بریم:
• ستون، که اغلب از اجنس فولاد ضد زنگ یا آلیاژ های مقاوم در برابر خوردگی است و به شکل عمودی قرار می گیرد. این ستون، محل اصلی فرآیند تقطیر است که در آن، تبخیر و میعان به شکل کاملا متوالی انجام خواهد شد.
• سینی ها یا صفحات داخلی برج تقطیر که به عنوان سطوحی که در آن ها تبخیر و میعان رخ می دهد محسوب می شوند. در این سینی ها، بخار به مایع تبدیل و سپس، مایع از سینی به سینی دیگر پایین می آید تا فرآیند تفکیک اجزای مختلف مخلوط به درستی صورت گیرد.
• کلاهک که در پایین برج تقطیر قرار دارد و وظیفه آن، فراهم کردن حرارت برای تبخیر مایع است. کلاهک از طریق تامین حرارت، مایع موجود در برج تقطیر را تبخیر می کند تا بخار به سمت بالا حرکت کند.
• کندانسور که در بالای برج تقطیر قرار گرفته است و وظیفه آن میعان بخار است. به این صورت که، بخار داغ از آن عبور می کند و به مایع تبدیل می شود. سپس، مایع به قسمت پایین برج انتقال پیدا می کند تا فرآیند تقطیر ادامه یابد.
• پوشش ها و لوله ها که برای انتقال حرارت و جریان مایعات در برج تقطیر کاربرد دارند و اغلب از جنس مواد مقاوم به حرارت و خوردگی ساخته می شوند.
لازم است در زمینه طراحی و ساخت برج تقطیر، به پارامتر ها و فاکتور های مختلف و موثر در این زمینه دقت شود که برخی از مهم ترین آن ها شامل موارد زیر هستند:
یکی از مهم ترین و موثر ترین فاکتور ها در زمینه طراحی و ساخت برج تقطیر، تاثیر قطر برج است به گونه ای که تغییر این میزان، موجب تغییراتی در ادامه روند طراحی و ساخت برج خواهد شد. از این رو، باید به تعیین درست و دقیق میزان قطر برج بر اساس استاندارد های طراحی بسیار اهمیت داده شود. یکی از موارد بسیار مهم در تعیین قطر برج، سرعت فاز بخار سیال است که باید کاملا بهینه تعیین شود. انجام درست این کار، موجب جلوگیری از وقوع پدیده هایی مانند طغیان یا افت شدید فشار می شود. هم چنین، از آن جایی که برخی از برج های تقطیر، با هدف بهینه سازی شرایط بالا و پایین برج دو قطر متفاوت دارند، لازم است به انتخاب الگوی جریان در درون برج، مساحت سینی ها و غیره بسیار دقت شود، تا به طور مستقیم با قطر برج محاسبه گردند.
یکی دیگر از فاکتور های بسیار مهم و موثر در نحوه طراحی و ساخت برج تقطیر، جنس دیواره برج است که به مواد تقطیر شونده بستگی دارد. از این رو باید گفت، نمی توان از هر موادی برای ساخت برج استفاده کرد و باید مواد به گونه ای باشند که توانایی تحمل فشار مورد نیاز را داشته باشند. علاوه بر این، متریال انتخاب شده برای ساخت برج تقطیر باید مقاومت بالایی در برابر حرارت و دما داشته باشد، زیرا ممکن است در برخی موارد، دما و حرارت در برج تقطیر به میزان بسیار بالایی برسد.
از دیگر پارامتر های موثر در نحوه طراحی و ساخت برج تقطیر، تاثیر فاصله سینی های داخلی برج است که در صورت نامطلوب بودن این فاصله، دستیابی به کیفیتی مطلوب امکان پذیر نخواهد بود. به عبارت دیگر باید گفت، در صورتی که سیال مایع نتواند به شکل بهینه با سیال گازی در تماس باشد، انتقال نیز به درستی صورت نمی گیرد. از این رو، تعیین فاصله سینی های داخلی برج تقطیر، ارتباط مستقیمی با ارتفاع برج دارد. هر چه فاصله سینی ها بیشتر باشد، موجب افزایش ارتفاع و هم چنین افزایش هزینه طراحی و ساخت برج خواهد شد. از این رو، فاصله سینی ها باید بهینه سازی شده باشد و از میزان خاصی تجاوز نکند. علاوه بر این، از آن جایی که افت فشار سیال نیز تاثیر فراوانی بر روی سینی های داخلی برج دارد، لازم است به مواردی مانند فاصله، نوع و شکل قرار گیری سینی های برج دقت فراوانی شود.
از دیگر موارد و فاکتور های موثر در زمینه طراحی و ساخت برج تقطیر، لزوم استفاده از تجهیزات جانبی برای فراهم آوردن شرایط عملیاتی مناسب برای برج تقطیر است. مواردی مانند ریبویلر و کندانسور، از جمله تجهیزاتی هستند که وظیفه اصلی آن ها، تامین بار حرارتی مورد نیاز برای سیال بوده و استفاده از آن ها، در نحوه طراحی و ساخت برج تقطیر بسیار موثر است.