یکی از مهم ترین ابزار ها و تجهیزات در فرآیند جداسازی مایعات، برج تقطیر است که با استفاده از تفاوت موجود در نقطه جوش اجزای مختلف مخلوط، امکان جداسازی آن ها را فراهم می کند. انجام فرآیند جداسازی توسط برج تقطیر، یکی از مهم ترین فرآیند ها در صنایع مختلف است که در بسیاری از عملیات های پالایش در صنایع نفت و گاز کاربرد دارد. با توجه به اهمیت این نوع ابزار و تجهیزات، در این مطلب، شما را با برج تقطیر و اجزای آن و هم چنین نحوه انجام عملیات جداسازی آشنا خواهیم کرد.
همان طور که گفته شد، برج تقطیر، یکی از تجهیزات بسیار مهم و اساسی در جداسازی مایعات است که با استفاده از اختلاف نقطه جوش اجزای تشکیل دهنده، فرآیند جداسازی را انجام می دهد. برج تقطیر، در مقیاس کوچک و بزرگ تولید و ساخته می شود که نوع کوچک آن، برای مقادیر کمی از مواد و در مصارف آزمایشگاهی و نوع بزرگ و صنعتی آن، برای استفاده در پالایشگاه ها به منظور جداسازی در فرآیند های پتروشیمی، نفت، گاز، ذغال سنگ و غیره کاربرد دارد. یکی از مهم ترین موارد مصرف برج تقطیر، در صنایع نفت و به منظور جداسازی هیدروکربن های مختلف بر پایه مقدار فراریت است، به گونه ای که هیدروکربن های سنگین تر با نقطه جوش بالا، دیرتر و هیدروکربن های سبک با نقطه جوش پایین، بسیار زود تر از برج تقطیر خارج می شوند.
به طور کلی، تمامی برج تقطیر ها، از اجزای زیر تشکیل شده اند که هر کدام، وظایف و عملکرد خاص خود را دارند:
• بدنه که اغلب از جنس فلزات مقاوم در برابر حرارت و فشار مانند فولاد ضد زنگ ساخته می شود و طراحی آن استوانه ای شکل می باشد. از بدنه برج تقطیر برای نگهداری سایر اجزا و مواد مورد استفاده در جریان فرآیند تقطیر استفاده می شود.
• صفحه های داخلی که همان صفحات تقطیر هستند و برای ایجاد تماس بین بخار و مایع درون برج تقطیر طراحی شده اند. صفحات برج به شکل افقی درون برج قرار می گیرند و وظیفه اصلی آن ها، جداسازی بخار به صورت طبقات مختلف می باشد. بر این اساس، در هر طبقه، بخار به بالا رفته و مایع به سمت پایین می آید تا اجزای مخلوط مایع از یکدیگر جداسازی شوند.
• ریزیور یا مولد بخار که در پایین برج قرار دارد و وظیفه آن، گرم کردن مایع خروجی از برج تقطیر است. این قطعه، اغلب از طریق انتقال حرارت به مایع، موجب می شود بخار های قابل تقطیر از مایع جدا شوند و بخار تولید شده نیز با حرکت به سمت بالا، در صفحات داخلی برج، تقطیر و جداسازی شوند.
• میکسر که در مواردی که مواد اولیه نیز به جداسازی نیاز دارند، از طریق ورودی به برج تقطیر می رسد. این ورودی، اغلب در قسمت خاصی از برج تقطیر قرار گرفته است و مواد اولیه نیز به مرور با جریان بخار و مایع تعامل و هماهنگی پیدا می کنند.
• کولر که بخار تولید شده از فرآیند جداسازی در قسمت بالای برج وارد آن می شود و پس از تبدیل شدن به بخار، به دو بخش مجزا تقسیم خواهد شد. انجام این کار، موجب می شود اجزای مختلف نیز در دو مرحله مایع و بخار شناسایی شوند.
• خروجی برج شامل خروجی های بالای برج، مانند محصولات سبک از جمله گاز ها و مایعات و خروجی های پایین برج، مانند محصولات سنگین از جمله نفت و سایر مایعات
• مبدل حرارتی که برای انتقال حرارت میان جریان های مختلف موجود در برج تقطیر مورد استفاده قرار می گیرد و در کنار سایر اجزا مانند ریزیور و کولر، نقش بسیار اساسی و مهمی در فرآیند جداسازی مایعات دارند.
همان طور که می دانید، فرآیند جداسازی در برج تقطیر، توسط تفاوت در نقطه جوش اجزای مختلف مخلوط صورت می گیرد. به این صورت که، زمانی که مایع مورد نظر وارد برج می شود، با بخار برخورد کرده و قسمتی از آن تبخیر می شود. به این ترتیب می توان گفت، هر ماده ای که دارای نقطه جوش پایین باشد، تمایل بیشتری به بخار شدن داشته و در قسمت های بالایی برج جمع خواهد شد. با این حال، عملیات جداسازی در برج تقطیر شامل مراحل زیر است:
• ورود مایع به برج تقطیر از طریق میکسر یا ورودی که شامل مایعات مختلف با نقطه جوش های متفاوت می شود.
• تبخیر قسمتی از مایع در پایین برج یا ریزیور توسط حرارت موجود در قسمت بالای برج
• تقسیم بخار در صفحات داخلی برج با به حرکت در آمدن بخار به سمت بالا و برخورد با مایع در حال حرکت و تجمع بخار هایی با نقطه جوش پایین در قسمت بالای برج
• تقطیر و جداسازی اجزا با بالا رفتن بخار و عبور از چندین صفحه در برج که اجزای سبک تر در بالا و اجزای سنگین تر در پایین برج قرار می گیرند.
• تولید بخار و مایع در کولر که بخار ها پس از عبور از صفحات برج، به کولر انتقال پیدا کرده و پس از تبدیل به مایع، دو محصول جداگانه تولید می شود که اولین محصول در قسمت بالا و دیگری در قسمت پایین برج قرار خواهد گرفت.
• جمع آوری محصولات به طور مجزا و خروج آن ها از برج تقطیر
به طور کلی، فرآیند جداسازی در برج تقطیر، نیازمند دقت در نکات و موارد مهمی است که در ادامه، به بررسی برخی از مهم ترین آن ها می پردازیم:
• دقت در تفاوت نقطه جوش اجزای مختلف موجود در مخلوط، که هر چه این اختلاف دما بیشتر باشد، فرآیند جداسازی راحت تر صورت خواهد گرفت.
• دقت در ارتفاع یا تعداد طبقات برج که هر چه بیشتر باشد، جداسازی نیز بسیار موثر تر انجام می شود.
• دقت در دمای فرآیند و کنترل دقیق آن، به گونه ای که بخار به درستی به مایع تبدیل گردد.
• دقت در حرکت و جریان مایع و بخار به شکل مستمر و یکنواخت در برج تا بخار با مایع درون برج ارتباط برقرار کند.
• دقت در صفحات داخلی که سطح تماس بین مایع و بخار را افزایش می دهند و در نتیجه، موجب افزایش کارایی برج خواهند شد.