برجهای پر شده دستگاه هائی هستند که جهت برقراری تماس بین سیستم های گاز و مایع مورد استفاده واقع می شود. این برج ها شکل استوانه های عمودی هستند که داخل آنها توسط ذرات با سطح تماس زیاد و بنام آکنه پر میشوند.

اجزاء یک برج پر شده:
۱-پوسته که می تواند از جنس فلز پلاستیک تقویت شده، شیشه و … می باشد.
۲-نگهدارنده آکنه ها
۳-توزیع کننده های مایع
۴-توزیع کننده های مجدد میانی
۵-نگهدارنده های میانی
۶-نازل های ورودی و خروجی گاز و مایع
۷-چگالنده و بویلر
خواص پرکن ها:
۱-سطح تماس زیادی را بین مایع و گاز ایجاد نماید یعنی سطح پرکن به ازاء واحد حجم ستون ap بایسته بزرگ باشد. قطعات ذغال به عنوان مثال به دلیل دارا بودن ساختار متخلخل دارای سطح زیاد می باشند ولی ما بخش اعظم این سطح در اثر حرکت لایه مایع برروی آن ها پوشیده میشود. در هر حال سطح ویژه (ap) به دلیل وجود خلل و فرج های میکروسکوپی در پرکن ها بیش از سطح تماس دو فاز گاز و مایع می باشد.

۲-دارای خصوصیات مطلوب جهت جریان سیال باشد و این بدان معنی است که جز تهی ها در ستون پرشده میزان بزرگی باشد. پرکن بایسته امکان عبور حجم زیادی از سیال را از سطح مقطع کوچکی بدون آنکه پدیده های انباشتگی (loading) و طغیان (flooding) رخ دهد را فراهم سازد. افت فشار گاز در اثر عبور از ستون پرشده بایسته کم باشد. علاوه بر این افت فشار گاز بایستی حتی الامکان در اثر اصطکاک سطحی باشد زیرا که این امر در مقایسه با اصطکاک شکلی در افزایش میزان مقادیر مربوط به ضرائب جرم موثرتر می باشد.

۳-از لحاظ شیمیایی در مقابل سیالاتی که بکار میرود بی اثر باشد.
۴-دارای استحکام باشد تا استفاده از آن راحت باشد.
۵-ارزان باشد.
پرکن های نامنظم: در این طریق پرکن ها را بشکل عادی به درون ستون میریزیند و پرکن ها پس از فرود بشکل نامنظم انباشته می شوند. در گذشته از ذغال و شن برای استفاده در برج ها که واقع میشدند ولی با ارزان بودن آن ها استفاده از چنین مواردی مناسب نیست زیرا که دارای سطح تماس کم می باشند. امروزه از حلقه های راشیک (rashing) استوانه های توخالی با قطر ۶ الی ۱۰۰ میلیمتر و یا بزرگتر می باشد.
پرکن های منظم: این نوع پرکن ها بسیار منظم می باشند. سینی های جریان متقابل حالتی از پر کردن منظم به حساب می آیند. در صورت استفاده از این حالات افت فشار گاز کاهش یافته و امکان استفاده از شدت جریان های زیاد فار گاز فراهم می شود. البته هزینه مربوط به پر کردن برج بیشتر از پر کردن نامنظم می باشد. استفاده از حلقه های راشیگ منظم در اندازه های بزرگ

اقتصادی می باشد. پرکن های فلزی بشکل های گوناگون موجود می باشد. قطعات چوبی ارزان بوده و هنگامی که فضای خالی زیادی مورد نظر باشد بکار میروند. از این نوع در جداسازی گازهای حاصل از کوره های تولید کک که حاوی قطران هستند و نیز تصفیه مایعات حاصل مواد جامد معلق استفاده میشود. صفحات توری بافته شده تورهای پیچیده شده در درون استوانه (neo-kloss) و یا

سایر انواع توری های (goodloe, hyperfil) سطح تماس بسیار زیادی بین فازهای گاز و مایع ایجاد نموده و افت فشار گاز در آن ها بسیار کم می باشد. لکن استفاده از این نوع توری برای تقطیر در خلاء مناسب می باشد. از مخلوط کننده های ثابت برای مخلوط کردن دو سیال در جریان های همسو استفاده میشود. این نوع در شکل های مختلف موجود است و متشکل از سبدهائی تخم مرغ شکل از جنس فلز می باشند که در درون یک لوله قرار می گیرند تا سبب انشعاب جریان های همسو شوند.

تصفیه در برج های پر شده به معنای جدا کردن اجزاء یک مایع مخلوط را می توان از طریق تبخیر انجام داد می باشد. ولی از این روش نمی توان یک جزء از مخلوط را بشکل خالص از بقیه جدا نمود. برای بدست آوردن خالص جزئی از مخلوط باید از روش تصفیه استفاده نمود. در این روش میزان بخار حاصله را پس از مایع کردن دوباره به سیستمک برمی گردانیم (reflux) تا در نتیجه برخورد با بخار

میزانی از جسم سنگین بخار را گرفته و میزانی از جسم سبک خود را از دست بدهد و در نتیجه غلظت جسم سبک در بخار بیشتر شود. داخل برج های پرشده را میتوان از موادی مثل شیشه سرامیک و یا فلز پر نمود. این اجسام مثل سینی های برج سینی دار باعث ایجاد زمان ماند و سطح تماس زیاد بین فاز مایه و بخار شوند. ساحتمان این اجسام باید بشکلی باشد که نسبت سطح خارجی آن که محل تماس فاز مایع و بخار می باشد به حجمی کمه اشغال کرده بزرگ باشد تا در کمترین حجم بتواند بیشترین سطح تماس را ایجاد نمود.

سطح تقسیم بر حجم
ضریب فشردگی نیز نامیده می شود.

شرح و محاسبات آزمایش:
ابتدا الکل سنج را که بر اساس تفاوت چگالی الکل و سرب کار می کند را درون مخزن یا خوراک قرار داده و میزان الکل را محاسبه می کنیم که برابر %۳۰ می باشد.
سپس برج را بکار انداخته تا عملیات تقطیر انجام گرفته و سپس غلظت در بالای برج یا همان را بدست آوریم. کهن برابر با %۹۶ می باشد.

دمای آب ورودی به برج
دمای آب خروجی

میزان حرارت مبادله شده در چگالنده

آزمایش شماره ۲
موضوع: برج دیواره مرطوب
هدف: بدست آوردن ضریب کلی انتقال جرم
تئوری
در یک برج دیواره مرطوب لایه نازکی از مایع از بالا به پایین و در روی سطح داخلی برج جاری میشود و گاز نیز هم جهت و یا خلاف جهت حرکت مایع در برج جریان می یابد. همانگونه که در آزمایش نشان داده میشود از این دستگاه به دلیل سادگی و معلوم بودن سطح تماس دو فاز و امکان کنترل

در مطالعات نظری انتقال جرم استفاده میشود. در صنعت این دستگاه برای جذب اسید کلریدریک در آب که توام با ایجاد گرمای زیادی می باشد بکار میرود. در این حالت آب سرد برای خنک کردن در اطراف برج جریان دارد. از دستگاههای شامل چند لوله در عمل تقطیر استفاده شده است. در این دستگاهها بخار پس از سرد شدن جزئی در بالای لوله بشکل لایه مایع به پائین میریزد. در تحت شرایط عملیاتی یکسان افت فشار حاصله در این برج ها نسبت به سایر دستگاه ها مجاور کننده کمتر می باشد.

دمای حباب مرطوب:
دمای حباب مرطوب عبارت از دمائی است (پایا) که در نتیجه تبخیر میزان اندکی مایع در حجم زیادی از یک مخلوط بخار گاز اشباع حاصل میشود. در تحت شرایط مناسب از این کمیت جهت اندازه گیری رطوبت مخلوط استفاده میشود. برای این منظور دماسنجی را که حباب آن توسط یک کیسه دنباله دار پارچه ای پوشانده شده و بوسیله مایع مرطوب شده است در جریان مریمی از مخلوط گازی که

میخواهد رطوبت آن را اندازه گیری کند قرار می دهند اگر مخلوط گاز اشباع نشده باشد دمائی که توسط دماسنج فوق تعیین میشود پایین تر از دمای حباب خشک مخلوط خواهد بود. یک قطره مایع را درنظر بگیرید که در جریان سریعی از یک مخلوط اشباع نشده گاز و بخار معلق می باشد. اگر در ابتدا دمای مایع بالاتر از دمای نقطه شبنم مخلوط باشد فشار بخار مایع در سطح قطره بزرگتر از

فشار جزئی بخار در مخلوط خواهد بود و لذا مایع تبخیر شده به داخل مخلوط گاز نفوذ میکند. گرمای لازم جهت تبخیر مایع در ابتدا توسط گرمای ملموس قطره مایع تامین میشود و لذا مایع سرد میشود. ولی به محض آنکه دمای مایع به زیر دمای حباب خشک مخلوط برسد گرما از مخلوط گاز به مایع منتقل میشود.

هرچه اختلاف دما بیشتر باشد شدت انتقال گرما نیز بیشتر میشود نهایتاً شدت اتنتقال حرارت از مخلوط گاز به مایع برابر با گرمای مورد نیاز برای تبخیر مایع خواهد شد و لذا دمای مایع به میزان ثابتی می رسد که همان دمای حباب مربوط (مرطوب) tw می باشد – مکانیسم تحول حباب مرطوب در اساس با مکانیسم فرایند اشباع آدیاباتیک یکسان می باشد بجز آنکه در تحول حباب مرطوب رطوبت مخلوط گاز در حین تحول تغییر نمی کند.

مقادیر KG و ky را برای شکل های خاصی از سطوح مرطوب شده میتوان مستقلاً و در صورت لزوم با کمک روابط تشابه بین انتقال جرم و حرارت تخمین زد و یا نتایج تجربی موجود را بکار برد (henty Sepsteia) داده ها و روش های اندازه گیری کمیات فوق را مورد بررسی قرار داده و نتایج ارائه نموده اند. آنان برای جریان گاز از روی استوانه ای نظیر میزان الحراره حباب مربوط و یا اجسام کروی شکل نتایج را ارائه نموده اند.

آزمایش شماره ۳
موضوع: برج خنک کننده colling Tower
هدف: تعداد مراحل تعادله یا انتقال
تئوری: از مهم ترین فرایندهای مرطوب سازی سرد کن آب و هوا می باشد. گرمای نهان تبخیر آب به قدری زیاد است که تغییر جرم اندکی سرمای زیادی را ایجاد می کند. آب و هوا مواد کم بهایی هستند که در صورت سرو کار داشتن با حجم زیادی از این مواد مثل سرد کردن آب بایستی هزینه اولیه دستگاهها پائین باشد. چارچوب و پرکن های داخلی برج معمولاً چوب قرمز می باشد که در مقابل تماس دائمی آب بسیار مقاوم می باشد. همچنین از چوب هائی که در تحت فشار توسط مواد مختلف نظیر جوهر قطران، نپتاکلروفنل و کرومات مس و غیره اشباع می شوند تا در مقابل قارچ ها و موجودات ذره بینی مقاوم شوند سود می برند. جدار داخلی برج بیشتر از چوب قرمز سیمان، آبست، پلی استر تقویت شده یا شیشه ساخته می شود. البته برج هایی که کاملاً از پلاستیک ساخته شده اند هم وجود دارد. فضای داخلی معمولاً به شکل پرچین درست می شود به دلیل ترتیب که تخته هائی باریکی را یک درمیان بشکل ردیف های افقی و عمودی قرار می دهند. پرکن ها معمولاً از نوع پلی پروپلین می باشند که به شکل میله یا اشکال دیگر قالب ریزی می شوند. آرایش های بسیار متفاوتی به کار برده می شود. فضای تهی بسیار بزرگ و معمولاً بیش از ۹۰%

حجم داخلی برج پیش بینی می شود تا افت فشار گاز حتی المقدور ناچیز باشد. سطح مشترک هر او آب نه تنها متشکل از فیلم مایع است که تخته های باریک را مرطوب می سازد بلکه سطح قطراتی را که نظیر باران از یک ردیف پرکن به ردیف دیگر جاری می شود نیز شامل می شود. در بین برج های با گردش طبیعی هرم و برج های اتمسفری به وزش باد جهت تأمین حرکت هوا متکی هستند. برج های با رسیدن طبیعی امکام حرکت هوا راحتی در هوای آرام امکان پذیر می سازند زیرا در این قبیل دستگاه ها حرکت هوا در اثر جابجائی هوای گرم داخل برج با هوای سردتر فضای خارج برج به وجود می آید. بنابراین هواکش های نسبتاً بلند نیز وجود دارد. هر دو نوع از برج های مذکور باید نسبتاً طویل ساخته شوند تا بتوانند در تقارب های کم دمای حباب مرطوب عمل کنند. از دستگاه های با دمیدن طبیعی غالباً در جنوب غربی ایالات متحده و خاورمیانه که رطوبت کم می

باشد استفاده می شود در بعضی نقاط اروپا که دمای هوا اغلب پائین است و بشکل کلی در هر محلی که انرژی مصرفی توسط دمنده های هواگران تمام نشود استفاده می شود.
برج های با دمیدن مکانیکی ممکن است از نوع دمیدن اجابری باشد که در آن ها هوا توسط یک دمنده که در انتهای برج قرار دارد به داخل دمیده می شود. در این دستگاهها به علت کندی

 

سرعت تخلیه امکان گردش مجدد هوای گرم و مرطوب در برج در اثر رسیدن آن به ورودی دمنده وجود دارد که در این صورت از بازده کلی برج کاسته می شود می توان از پدیده مذکور جلوگیری نمود و علاوه بر آن امکان توزیع یکنواخت هوا را در داخل برج فراهم می سازد. شدت جریان های

مایع معمولاً (L) در محدوده ۷/۰ تا ۵/۳ کیلوگرم بر متر مربع ثانیه و شدت جریان های گاز (د G) در حدود ۶/۱ تا ۸/۲ کیلوگرم بر متر مربع ثانیه می باشد. در حالیکه افت فشار هوا معمولاً کمتر از ۲۵۰ یا pa 250 فرض می شود. اگر تولید مه شدید باشد جهت تبخیر آن از مبدهای حرارتی پره دار که از گرمای آبی که خنک شود استفاده می شود.

کلاً در مبادله کن های انتقال حرارت تماس مستقیم بین دو سیال انتزاج ناپذیر در اثر برخورد بدون واسطه صورت می گیرد. معمولاً یکی از دو سیال گاز بوده و سیال دیگر یک مایع با فشار بخار پائین می باشد که پس از تبادل انرژی حرارتی به آسانی قابل جدا شدن هستند. نمونه هائی از این نوع برج خنک کن آب با مکش اجباری و یا جت آبی می باشد (jet couelenser)