(اینفوگرافیک) معرفی عملکرد و ویژگی‌های پرکننده‌های منظم تقسیم‌بندی فضا

Thread Content

پرکننده‌های منظم دارای مزایایی از جمله سطح تماس بالا، ساختار منظم، درصد خالی بالا، حجم جریان زیاد، کاهش فشار کم و انعطاف‌پذیری عملیاتی بالا هستند. با افزایش قطر برج پرکننده، توجه بیشتری به بهینه‌سازی ساختار پرکننده‌ها، توسعه پرکننده‌هایی با کارایی بالا، کاهش فشار کمتر و دبی بیشتر در اندازه‌ها و مواد مختلف، همچنین بهینه‌سازی تطابق پرکننده‌ها با اجزای داخلی برج و مطالعه جریان و توزیع مایع در لایه پرکننده‌ها معطوف شده است. پرکننده‌های موجدار توری و پرکننده‌های موجدار صفحه‌ای که پس از دهه ۱۹۶۰ توسعه یافتند، امروزه از رایج‌ترین پرکننده‌های منظم مورد استفاده هستند. برای پرکننده‌های منظم مدرن، شرکت سولتزر در صدر قرار دارد. در دهه ۱۹۶۰، این شرکت پرکننده‌های موجدار ساخته شده از توری فلزی را توسعه داد؛ در سال ۱۹۷۷، پرکننده Mellapak با ساختار ورقه‌ای موجدار را عرضه کرد و در سال ۱۹۹۴، پرکننه Optiflow با ساختار نوین و چندمسیره را توسعه داد. این امر نشان می‌دهد که تحقیقات و توسعه در زمینه پرکننده‌های منظم همچنان ادامه دارد. پرکننده Mc-pak که توسط شرکت میتسوبیشی در ژاپن عرضه می‌شود، اغلب بر اساس الگوی پرکننده Mellapak ساخته شده است. در سال‌های اخیر، پرکننده‌های Rombopak تولید شرکت KUHNI در سوئیس و پرکننده‌های Raschig-Superpak تولید شرکت RASCHIG در آلمان، با موفقیت نسبی توسعه و مورد استفاده قرار گرفته‌اند. کشور ما از دهه ۱۹۶۰ کارهای تحقیقاتی و توسعه‌ای سیستماتیکی بر روی پرکننده‌های منظم را آغاز کرده است و تاکنون یک سیستم نسبتاً کامل برای تحقیقات علمی و تولید ایجاد کرده است. دانشگاه تیانجین و دانشگاه آستون در بریتانیا، پرکننده‌های منظم پالسی با نام UnaPak را به صورت مشترک توسعه داده‌اند ； دانشگاه چینگهوا و موسسه تحقیقات شیمیایی شانگهای به ترتیب پرکننده‌های موجدار برای صفحات فشرده را توسعه دادند ； شرکت مهندسی لویانگ شرکت پتروچاینا، پرکننده‌های منظم نوع LH را توسعه داده است. در این میان، مرکز ملی تحقیقات مهندسی فرآوری با استفاده از فیلرهای با کارایی بالا، نوع جدیدی از فیلرهای موجدار با کارایی بالا را توسعه داده است؛ یعنی فیلرهای موجدار دوطرفه. این نوع پرکننده، دارای سطح تماس بالایی برای انتقال ماده است؛ مسیرهای جریان گاز و مایع در آن بهینه شده‌اند؛ توانایی انتشار عرضی آن بالاست؛ همچنین از نظر مقاومت در برابر انسداد، سختی، کاهش فشار و توانایی عبور، بسیار بهتر از پرکننده‌های موجدار ساخته شده از فلز است. در سال‌های اخیر، با رشد چشمگیر صنایعی مانند شیمی دقیق، شیمی نفتی و کودهای شیمیایی، تحقیقات در زمینه پرکننده‌های جدید برای برج‌ها مورد توجه قرار گرفته است. توسعه پرکننده‌های با کارایی بالا و کاربرد صنعتی آن‌ها نشان داده است که پرکننده‌های منظم، به‌ویژه پرکننده‌های موجدار، مزایای قابل توجهی دارند و در جایگزینی پرکننده‌های قدیمی و در بازسازی فنی برخی از توربین‌های صفحه‌ای، عملکرد بسیار خوبی دارند. توسعه پرکننده‌های جدید و کاربرد گسترده آن‌ها در صنعت، یکی از دستاوردهای مهم تحقیقات و کاربردهای ستون‌های فشار در سطح بین‌المللی در حال حاضر است. ۱. کاهش فشار در توری‌های مرتب بسیار کمتر است؛ زیرا در توری‌های مرتب، دو فاز گاز و مایع به صورت لایه‌ای با یکدیگر در تماس هستند، که برخلاف برج‌های صفحه‌ای است که در آن‌ها دو فاز از طریق حباب‌ها با یکدیگر در تماس می‌باشند. بنابراین، کاهش فشار در برج‌های توری‌دار تنها ۱/۴ تا ۱/۶ کاهش فشار در برج‌های صفحه‌ای است. اگر مقاومت عملیاتی در توربین‌های دارای پر کردن منظم، بین ۳.۵ تا ۴.۲ کیلوپاسکال باشد، فشار عملیاتی در قسمت پایین تنها بین ۳۵ تا ۴۵ کیلوپاسکال است؛ در این صورت، معمولاً از توربین‌های دارای صفحات الک، در قسمت پایین نیز استفاده می‌شود و مقاومت عملیاتی تغییری نمی‌کند. بنابراین، فشار عملیاتی در قسمت پایین نیز حدود ۰.۰۵ تا ۰.۰۶ مگاپاسکال کاهش می‌یابد و معمولاً بین ۰.۴۴ تا ۰.۴۸ مگاپاسکال خواهد بود. به این ترتیب، توان محوری پمپ‌های هوا می‌تواند ۵ تا ۷ درصد کاهش یابد. ۲. پرکننده‌های منظم، بازده جداسازی بالایی دارند. هرچه فشار عملیاتی در توربین بالایی کمتر باشد، به جداسازی اکسیژن، نیتروژن و آرگون، به‌ویژه جداسازی اکسیژن و آرگون، کمک زیادی می‌شود. معمولاً نرخ استخراج اکسیژن می‌تواند ۱ تا ۳ درصد افزایش یابد و نرخ استخراج آرگون می‌تواند ۵ تا ۱۰ درصد افزایش یابد. تجربه نشان داده است که نرخ استخراج اکسیژن در تجهیزات تقسیم هوا به بیش از ۹۹ درصد و نرخ استخراج آرگون به بیش از ۸۰ درصد رسیده است. نرخ استخراج در توربین تقطیر، تا حد زیادی به میزان هوای انبساط‌یافته ورودی به توربین بستگی دارد؛ این موضوع به‌ویژه بر نرخ استخراج آرگون تأثیر زیادی دارد. بنابراین، افزایش مداوم راندمان ایزنتروپیک توربین انبساطی و نسبت فشاردهی پمپ‌های فشاردهی، کلید افزایش نرخ استخراج در توربین تقطیر است. ۳. مقدار مایع نگهداری‌شده در پرکننده‌های منظم کم است؛ معمولاً مقدار مایع نگهداری‌شده در برج‌های پرکننده‌ی منظم تنها ۱٪ تا ۶٪ از حجم برج است، در حالی که در برج‌های صفحه‌ای، این مقدار بین ۸٪ تا ۱۰٪ از حجم برج می‌باشد. مقدار مایع نگهداری‌شده کم، به این معناست که زمان ماندن مایع در برج کوتاه است و کاهش فشار عملیاتی نیز کم می‌باشد؛ این امر برای عملیات در شرایط متغیر مناسب است. محدوده طراحی استوانه‌های پرکننده منظم می‌تواند بین ۴۰٪ تا ۱۲۰٪ باشد. در تجهیزات جداسازی اکسیژن با ظرفیت ۱۲۰۰۰ متر مکعب در ساعت در کارخانه پنجم فولاد، میزان تولید اکسیژن را می‌توان در محدوده ۹۰۰۰ تا ۱۴۰۰۰ میلی‌متر مکعب در ساعت تنظیم کرد؛ همچنین محدوده بار عملیاتی تنها بین ۷۵٪ تا ۱۱۷٪ است. ۴. فاصله‌های بین ذرات پرکننده منظم زیاد است؛ درصد فاصله‌های بین ذرات پرکننده منظم بیش از ۹۵٪ می‌باشد. در برج‌های صفحه‌دار، سطح صفحات سوراخ‌دار ۸۰٪ از مساحت مقطع عرضی برج را تشکیل می‌دهد و درصد سوراخ‌ها نیز بین ۸٪ تا ۱۲٪ است؛ که هر دو مقداری بسیار کمتر از درصد خالی بودن لایه پرکننده است. برای یک بار مشابه، قطر ستون در برج پرکننده کمتر از برج صفحه‌ای است ； در شرایط عادی، مساحت مقطع عرضی آن تنها حدود ۷۰ درصد مساحت مقطع عرضی برج‌های الک‌دار است؛ این امر برای تجهیزات بزرگ تقسیم هوا، کوچک‌تر شدن برج را برای حمل و نقل مناسب‌تر می‌کند. ۵. زمان راه‌اندازی دستگاه به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. فرآیند راه‌اندازی تجهیزات تقسیم هوا، در حالتی انجام می‌شود که هیچ محصولی تولید نمی‌شود؛ بنابراین کاهش زمان راه‌اندازی یکی از راه‌های کاهش مصرف انرژی در این تجهیزات است. زمان راه‌اندازی تجهیزات تقسیم هوا، به زمان لازم برای راه‌اندازی اگزانتور تا تولید اکسیژن اشاره دارد. پس از استفاده از پرکننده‌های منظم در برج‌های تقسیم هوا، مقدار مایع موجود در آن‌ها در حین فرآیند تقطیر، به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد؛ در نتیجه زمان راه‌اندازی تجهیزات نیز به طور قابل توجهی کوتاه می‌شود. معمولاً، زمان راه‌اندازی تنها ۲۶ تا ۳۰ ساعت است. ۶. میزان اکسیژن موجود در بخش آرگون حدود ۹۰٪ است. برای کاهش مستقیم آن تا سطح ۱ تا ۲×۱۰⁻⁴٪ با روش تقطیر در دمای پایین، تعداد صفحات نظری برج تقطیر حدود ۱۸۰ عدد و تعداد صفحات برج الکتروفیلتراسیون حدود ۳۰۰ عدد مورد نیاز است؛ همچنین مقاومت فشاری حدود ۱۰۰ کیلوپاسکال خواهد بود. در نتیجه، آرگون خام قادر به خروج از برج نخواهد بود. ارتفاع پرکننده‌های منظم نیز حدود ۴۵ متر خواهد بود. مقاومت تنها ۱۴ تا ۱۶ کیلوپاسکال است، بنابراین امکان پیاده‌سازی فرآیند تقطیر کامل برای تولید آرگون فراهم می‌شود.