(مشاركة) عرض لخصائص ومميزات مواد التعبئة المنظمة للفصل الفراغي

Thread Content

تتميز المواد المالئة المنظمة بمساحة سطحية كبيرة، وبنية منتظمة، ومعدل فراغات عالٍ، وكمية تدفق كبيرة، وانخفاض في الضغط، بالإضافة إلى قدرة كبيرة على التكيف أثناء التشغيل. مع زيادة قطر برج التعبئة، أصبح هناك اهتمام أكبر بتحسين هيكل المواد المستخدمة في التعبئة، وتطوير مواد ذات كفاءة عالية وضغط تدفق منخفض وقدرة تدفق كبيرة، بالإضافة إلى تحسين التناسق بين مواد التعبئة والأجزاء الداخلية للبرج، وكذلك دراسة حركة وتوزيع السائل داخل طبقات التعبئة. مواد التعبئة المموجة على شكل شبكة ومواد التعبئة المموجة على شكل لوح، التي تم تطويرها بعد ستينيات القرن العشرين، هي حاليًا أنواع المواد المنظمة للتعبئة الأكثر استخدامًا. يجب اعتبار شركة سولزر الشركة الرائدة في تصنيع المواد المالئة الحديثة والمنظمة. في ستينيات القرن العشرين، طورت الشركة مواد تعبئة على شكل شبكات معدنية مموجة، وفي عام 1977 أطلقت مواد تعبئة من نوع Mellapak على شكل صفائح مموجة. وفي عام 1994، طورت مواد تعبئة جديدة ذات تصميم مبتكر وعدة قنوات، وهي مواد Optiflow. وهذا يدل على أن أبحاث وتطوير المواد التعبئة المنظمة ما زالت مستمرة. يعتمد مادة التعبئة Mc-pak التي طورتها شركة ميتسوبيشي للتجارة اليابانية بشكل أساسي على مادة التعبئة Mellapak كنموذج أولي. في السنوات الأخيرة، حققت منتجات Rombopak التي تنتجها شركة KUHNI السويسرية، ومنتجات Raschig-Superpak التي تنتجها شركة RASCHIG الألمانية نجاحًا كبيرًا في مجال التطبيقات العملية. بدأت بلادنا في إجراء أبحاث منهجية حول المواد المالئة المنظمة منذ ستينيات القرن العشرين، وقد تشكل لديها بالفعل نظام شامل للبحث العلمي والإنتاج. طورت جامعة تيانجين وجامعة أستون البريطانية مادة تُستخدم كمواد مالئة منتظمة على شكل نبضات، وقد أُطلق على هذه المادة اسم “UnaPak” ； طورت جامعة تسينغهوا ومعهد شانغهاي للكيماويات مواد تعبئة مموجة الشكل للألواح المضغوطة على حدة ； طورت شركة سينوبك لويانغ للهندسة مادة تعبئة من نوع LH المنظمة. ومن بين ذلك، طور مركز تيانجين للبحوث الهندسية في مجال تقنيات التقطير مادة مالئة فعالة جديدة، وهي مادة المالئ المموج ثنائي الاتجاه، استنادًا إلى المواد المالئة عالية الكفاءة. يتمتع هذا النوع من المواد المالئة بمساحة سطحية كبيرة لنقل المواد، كما أن مسارات تدفق الغاز والسائل فيه مُحسّنة، بالإضافة إلى قدرته العالية على الانتشار الأفقي. وهو أفضل بكثير من الألواح المعدنية المجوفة ذات النمط المموج من حيث مقاومة الانسداد، والصلابة، وانخفاض الضغط، وقدرته على المرور. في السنوات الأخيرة، مع التطور السريع لصناعات الكيماويات الدقيقة والبتروكيماويات والأسمدة وغيرها، أصبحت أبحاث مواد تعبئة الأبراج الجديدة موضوعًا يحظى باهتمام الناس. يُظهر تطوير المواد المالئة عالية الكفاءة وتطبيقاتها الصناعية أن المواد المالئة المنظمة، وخاصة المواد المالئة المموجة، تتمتع بمزايا واضحة، حيث تُحقق نتائج ملحوظة في استبدال المواد المالئة التقليدية وفي عمليات التحديث التقني لبعض الأبراج اللوحية. يُعد تطوير مواد تعبئة جديدة وتطبيقها على نطاق صناعي واسع إنجازًا مهمًا في مجال أبحاث وتطبيقات الأبراج على المستوى الدولي في الوقت الحالي. انخفاض الضغط في الركيزات المنظمة كبير، وذلك لأن التفاعل بين الطورين الغازي والسائل في الركيزات المنظمة يحدث على شكل طبقة رقيقة، وهو مختلف عن التفاعل الذي يحدث في أبراج الشبكات حيث يكون التفاعل على شكل فقاعات. لذلك، فإن الضغط في أبراج الركيزات المنظمة يكون من 1/4 إلى 1/6 من الضغط في أبراج الشبكات. إذا كان مقاومة التشغيل في البرج ذو المواد المالئة المنظمة تتراوح بين 3.5 و4.2 كيلو باسكال، فإن الضغط التشغيلي في الجزء السفلي يكون فقط بين 35 و45 كيلو باسكال. وعادةً ما يُستخدم في الجزء السفلي من البرج أبراج ذات لوحات تصفية، ولا تتغير مقاومة التشغيل فيها أيضًا. ولذلك، ينخفض الضغط التشغيلي في الجزء السفلي بمقدار 0.05 إلى 0.06 ميجا باسكال، ليصبح عادةً بين 0.44 و0.48 ميجا باسكال. وبهذه الطريقة، يمكن تقليل قوة دوران محرك الضغط الهوائي بنسبة 5% إلى 7%. 2. تتميز المواد المستخدمة في عملية الفصل بكفاءة عالية في الفصل. كلما كان الضغط التشغيلي في الأبراج أقل، كان ذلك أفضل لفصل الأكسجين والنيتروجين والأرجون، خاصة فصل الأكسجين عن الأرجون. يمكن رفع معدل استخلاص الأكسجين بنسبة 1% إلى 3%، بينما يمكن رفع معدل استخلاص الأرجون بنسبة 5% إلى 10%. وقد أظهرت التجارب أن معدل استخلاص الأكسجين في أجهزة فصل الغازات يصل إلى أكثر من 99%، بينما يصل معدل استخلاص الأرجون إلى أكثر من 80%. يعتمد معدل الاستخلاص في برج التقطير إلى حد كبير على كمية الهواء المتمدد الذي يدخل البرج، وهو أمر ذو تأثير كبير خاصة على معدل استخلاص الأرغون. لذلك، فإن تحسين كفاءة المحركات التوربينية من حيث الخصائص الإنتروبية، بالإضافة إلى تحسين نسبة الضغط في أجهزة الضغط، يُعد أمرًا أساسيًا لزيادة معدل الاستخلاص في برج التقطير. ٣. كمية السائل المحتفظ بها في الحشوات المنتظمة قليلة؛ فعادةً ما تكون نسبة السائل المحتفظ بها في أبراج الحشوات المنتظمة من ١% إلى ٦% من حجم البرج، بينما تكون نسبة السائل المحتفظ بها في أبراج الألواح الغربالية من ٨% إلى ١٠% من حجم البرج. انخفاض كمية السائل المحتفظ به يعني أن مدة بقاء السائل داخل البرج قصيرة، وبالتالي يكون انخفاض الضغط أثناء التشغيل صغيرًا، مما يساعد على التشغيل في ظروف متغيرة. يمكن أن تتراوح نطاقات تصميم الأعمدة المزودة بمواد تعبئة منظمة بين 40% و120%. يمكن تعديل إنتاج الأكسجين في وحدة فصل الغازات بسعة 12000 متر مكعب/ساعة في المصنع الخامس للفولاذ، باستخدام المواد المالئة المناسبة، ضمن نطاق يتراوح بين 9000 و14000 متر مكعب/ساعة، كما أن نطاق الحمل التشغيلي يكون بين 75% و117% فقط. 4. فجوات المواد المالئة المنتظمة كبيرة، حيث تصل نسبة الفجوات فيها إلى أكثر من 95%. في البرج ذو اللوحات الغربالية، تشكل مساحة الفتحات في اللوحات 80% من مساحة مقطع البرج، بينما تتراوح نسبة الفتحات بين 8% و12%، وهو ما يقل بكثير عن نسبة الفراغات في طبقة المواد المستخدمة كمواد مالئة. بالنسبة لنفس الحمل، فإن مساحة الأعمدة في الأعمدة المزودة بمواد تعبئة أصغر من مساحة الأعمدة في الأعمدة المزودة بألواح التصفية ； في الحالات العادية، تكون مساحة سطح القطع لديها حوالي 70% فقط من مساحة سطح القطع في الأبراج ذات الألواح الغربالية، وهذا يساعد في تسهيل نقل المعدات الكبيرة المستخدمة في تقسيم الهواء. 5. تقليل وقت بدء تشغيل الجهاز بشكل كبير: يتميز عملية بدء تشغيل معدات فصل الهواء بعدم إنتاج أي منتجات خلال هذه المرحلة، ولذلك فإن تقليل وقت البدء في التشغيل يعتبر أحد الطرق لتوفير الطاقة وخفض الاستهلاك في هذه المعدات. يُقصد بوقت بدء تشغيل معدات فصل الهواء الوقت اللازم من لحظة تشغيل المضخة حتى يتم الحصول على الأكسجين. ومع استخدام مواد تعبئة منظمة في الأبراج، يقل كمية السائل الموجود فيها أثناء عملية التقطير الطبيعية، مما يؤدي إلى تقليل وقت بدء تشغيل المعدات بشكل كبير. عادةً، يكون وقت البدء في التشغيل حوالي 26 إلى 30 ساعة فقط. 6. تبلغ نسبة الأكسجين في فئة الأرجون حوالي 90%. ولخفض هذه النسبة إلى مستوى 1–2×10-4% باستخدام طريقة التقطير عند درجات حرارة منخفضة، يلزم وجود حوالي 180 لوح تقطير، بينما يلزم وجود أكثر من 300 لوح تقطير من النوع المصفوفي. كما أن مقاومة التدفق تصل إلى حوالي 100 كيلوباسكال، وبالتالي لا يمكن إخراج الأرجون الخام خارج البرج. أما بالنسبة للمواد المستخدمة في التقطير، فإن ارتفاعها يصل إلى حوالي 45 مترًا. يبلغ مقاومة التدفق 14–16 كيلو باسكال فقط، ولذلك أصبح من الممكن تطبيق عملية التقطير الكامل لإنتاج الأرجون.