چکیده:

تقطیر ،فرایند حاکم برای جداسازی جریان های چند جزئی به محصولاتی با خلوص بالا است. لذا صنایع فرایند شیمیایی در حال تحقیق برای بهبود مصرف انرﮊی، کاهش هزینه های مالی و بالا بردن انعطاف عملیاتی که توجه زیادی در بهینه سازی طراحی برج تقطیربر انگیخته ، می باشند .طراحان اغلب به بهینه سازی برج با روش تکراری رسیده اند و به سختی به اطلاعات و تجربیات فروشندگان وابسته اند.یک درک خوب از انتقال جرم واصول افت فشار ،از آنجایی که به بهینه سازی مربوطند،طراحان را قادر می سازند که در پیشنهادات فروشندگا ن قضاوت کنند و به طور موثر طراحی بهینه تجهیزات را تعیین کنند.

در این مقاله اهداف بهینه سازی زیر را بیان خواهیم کرد :

١‐ بیشینه سازی مراحل تئوری به ازای ارتفاع قسمت یا برج ٢‐ کمینه سازی افت فشار به ازای مراحل تئوری ٣‐ بیشینه سازی گستره عملیاتی ،.turn-down, turn-up

کلیدواﮊه:

انتقال جرم ، برج سینی دار، ،عملیات پایدار،ریزش ، ماندگی،بهینه سازی

محور علمی:جدا سازی ٢

مقدمه

کاربرد انتقال جرم و اصول افت فشار می تواند منجر به طراحی های بهتر برای برج های سینی دار وپرکننده شود .یک برج تقطیر می تواندهم بصورت سینی دار (tray) وهم پرکننده((packing استفاده شود. مکانیزم انتقال جرمشان متفاوت است اما راه حل خوبی برای رسیدن به تعادل از طریق ایجاد سطح تماس زیاد بین دو سطح می باشد. این سطح تماس، حاصل از عبور بخار از سوراخ های سینی هامی باشد.درابتدا ما درباره پدیده های اساسی برای ستون های سینی دار وروش های طراحی که می توانند برای دست یافتن به سه هدف بهینه سازی مورد استفاده قرار گیرند بحث خواهیم کرد.لذا ازاین نتایج می توان در برج های تقطیر استفاده نموده ودرنتیجه حداکثر بازده بهینه برج را بدست آورد .

ستون های سینی دار

عملکرد سینی ها به نوع سطح سینی بستگی دارد.ساده ترین نوع، سینی سوراخ دار (sieve tray) می باشد که دارای سوراخ هایی با قطر یکسان است ، که کمتر ازmm١ تا حدود mm ٢٥قطر دارند. سینی های شیر دار،که ثابت یا شناورندهم بسیار رایج هستند; سینی های کلاهک حبابی هنوز به ندرت و معمولابرای turndown خیلی زیاد استفاده می شوند. بازده سینی وابسته به میزان محصول ستون است.

شره و ریزش((weeping and dumping

شره و ریزش دارای مکانیزمی متفاوتند. برای سینی های سوراخ دار ، سوراخ بزرگ ، بخار و مایع بصورت تقریبا پایدار و بصورت جریان مخالف از یک سوراخ جریان دارند . احتمالا ، هر چند ، برای سینی سوراخ دار با سوراخ های کوچکتر ،ریزش گذرا ست (transient weeping) که منجر به فوران مایع خروجی از سوراخ های غیر حبابی می شود.فوران هنگامی صورت می گیردکه روی سوراخ فشاررو به پایین نامتعادل لحظه ای وموضعی اتفاق می افتد. دلیل این عدم تعادل می تواند به کثرت حباب ها مربوط شودویا اینکه جریان در یک سینی مقیاس بزرگ خیلی پیچیده است، عدم تعادل می تواند ناشی از چگالی محلی وتغییرات موج های کف که در روی سینی در حرکتند، باشد.نتیجه ان نواحی ریزشند که تمایل به ریختن روی کف سینی را دارند. سرریز بند خروجی می تواند صفر باشد . معمولاپدیده های کمی، مثل ، گرادیان هیدرولیکی یا توزیع بدجریان مایع ورودی سینی ، می تواند تاثیر مهمی روی حداقل افت فشار سینی مورد نیاز جهت جلوگیری از شره کردن و جاهایی که شره اتفاق می افتد ، داشته باشد،که باعث کاهش سطح عملکرد می شود .

عملیات پایدار

در این مورد بخار بالا رونده از سوراخ ها جریان یافته و به یک لایه دو فازی به ارتفاع φ٢h وارد می شود . دراین حالت، مومنتم بخار در نهایت ماکزیم خودش است و به محض اینکه بخار از طریق سوراخ ها شتاب می گیرد ، تبادل این مومنتم با مایع موجود روی کف سینی برای طبیعت ناحیه دو فازی خطرناک است .لایه دوفازی می تواند به حالت افشانه ای یا کف آلود باشد .

بنت و دیگران :

(١)نشان داده اند که نسبت مایع موجود، hL ،قطر سوراخ ، D H ،برای تبادل این مومنتم مهم و ضروری است . هنگامیکه

hL/DH بیشتر از ٢ باشد ،مقادیر قابل توجهی بخار با مایع تبادل مومنتم می کند.مخلوط دو فازی تا حد زیادی مایع پیوسته

محور علمی:جدا سازی ٣

است وبه صورت کف با انتقال جرم مطلوب اثر می کند. هنگامیکه hL/DH کمتراز١ باشد ،مقادیرکمی بخار با مایع تبادل مومنتم می کند.ناحیه دو فازی تا حد زیادی بخار پیوسته است وبه طورعمده شامل مولفه های سرعت مایع وبخار به سمت بالا می باشد به علت شرایط حالت افشانه ای که بایستی ممانعت شوند ،ما در این مقاله روی جریان کفی (سرجوشی)تمرکز می کنیم . شکل(

٤ )،بعضی از پارامترهای مورد علاقه نشان می دهد.

کف سینی از کف سینی های همجوار خود به فاصله،Ts، قرار گرفته است . حجم توده مایع شامل یک ناحیه مایع پیوسته نزدیک کف سینی که ارتفاعی برابر باارتفاع موثر سرجوش ، hFe،که توسط بنت ودیگران تعریف شده است (٢) . قسمت کوچکی از مایع موجود ،شامل قطراتی در ناحیه بخار پیوسته ،روی ناحیه مایع پیوسته است . سرعت این قطرات مایع به مومنتم بخار گذرنده از سوراخ و نسبت ، hL/DH ، وابسته است .اگر مولفه عمودی سرعت کافی با شد ، قطرات به سینی بالایی حمل می شوند.

اکثر مایع موجود و سطح مشترک در ناحیه مایع پیوسته اتفاق می افتد؛ بنابراین این قسمت ازکل ناحیه دوفازی خیلی ازجهت انتقال جرم و افت فشار مهم است .سوراخ ها یی با اندازه کوچک ، باافزایش hL/DH ،تبادل مومنتم بخار به مایع را زیاد می کند، بنابراین،باعث کاهش سرعت بخار در لایه ناحیه مایع پیوسته می شود . سرعت بخار میانگین حاصله در این لایه زمان اقامت را افزایش می دهد . مقادیر کمترDH و زیادترhL ،بازده انتقال جرم در ناحیه عملیات پایدار تقویت می کنند.

ماندگی سنگین وطغیان در مقادیر بالای ماندگی، سیستم کنترل ستون ممکن است که بیشتر از این عملیات پایدار را اجازه ندهد و رفتارستون می تواند به شرایطی وارد شود که به آن طغیان عملیاتی گویند. (اما بعضی ها این را ،طغیان فواره ای JET FLOOD می نامند اما این اصطلاح گمراه کننده است زیرا پرش آب ،فوران ، اغلب به عنوان مترادف برای رﮊیم حالت افشانه ای استفاده می شودو طغیان عملیاتی می تواند برای هر دو نوع افشانه ای یا کفی استفاده شود.) وقوع طغیان عملیاتی به سیستم کنترل وحساسیت بازدهی کلی سینی به ماندگی (برای مثال، پارامترهای λ ،L\V و UpT )بستگی دارد . تمام ستون ها و سیستم ها ی کنترل منجر به طغیان عملیاتی در ماندگی های زیاد نمی شوند.