روش تنظیم فشار برج

میز و قفسه های کتاب خود را مرتب مرتب کنید. یک دیدگاه ذهنی خوب می تواند به شما کمک کند تا با نیمی از تلاش دو برابر نتیجه بگیرید.

دانش اولیه عملیات تقطیر 1. فازها و تعادل فاز چیست؟: پاسخ دهید: فاز به بخش یکنواخت با خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان در یک سیستم اطلاق می شود. اغلب یک فصل مشترک بین فازهای مختلف برای جداسازی فازهای مختلف وجود دارد. تعداد فازهای سیستم ربطی به مقدار ماده ندارد. اگر آب و یخ با هم مخلوط شوند، آب فاز مایع و یخ فاز جامد خواهد بود. عموماً مواد در فازهای گازی و مایع در برج تقطیر هستند. در یک دما و فشار معین، اگر در سیستم مواد دو یا چند فاز وجود داشته باشد و مقدار نسبی ماده در هر فاز و غلظت هر جزء در ماده در هر فاز با زمان تغییر نکند، می گوییم سیستم در حالت تعادل است. در حالت تعادل، ماده همچنان در حرکت ثابت است، اما مقدار هر فاز و غلظت هر جزء با گذشت زمان تغییر نمی کند. هنگامی که شرایط تغییر می کند، تعادل فاز جدیدی برقرار می شود، بنابراین تعادل فاز متحرک و نسبی است نه ایستا و مطلق. به عنوان مثال: در سیستم تقطیر زمانی که گاز با دمای بالاتر و مایع با دمای پایین در سینی تقطیر با یکدیگر تماس پیدا می کنند، انتقال حرارت و جرم مورد نیاز است. در نتیجه، گاز تا حدی متراکم می شود و غلظت اجزای با جوش بالا در فاز مایع تشکیل شده همچنان افزایش می یابد. مایع روی سینی تا حدی تبخیر می شود و غلظت اجزای کم جوش در فاز گاز تشکیل شده همچنان افزایش می یابد. با این حال، این فرآیند انتقال حرارت و انتقال جرم بی پایان نیست. هنگامی که فازهای گاز و مایع به تعادل می رسند، ترکیب دو فاز هر جزء دیگر با گذشت زمان تغییر نمی کند. 2. فشار بخار اشباع چیست؟ پاسخ دهید: در دمای معین، فشار ایجاد شده توسط بخار در حالت تعادل با حالت مایع (یا جامد) همان ماده، فشار بخار اشباع نامیده می شود که با افزایش دما افزایش می یابد. همانطور که همه می دانیم، آبی که در یک فنجان قرار می گیرد به دلیل تبخیر مداوم کمتر و کمتر می شود. اگر آب خالص را در یک ظرف دربسته قرار دهید و هوای بالای آن را بردارید، با ادامه تبخیر آب، فشار فاز گاز بالای سطح آب، یعنی فشار بخار آب، همچنان افزایش می‌یابد. با این حال، هنگامی که دما ثابت است، فشار فاز گاز در یک مقدار ثابت تثبیت می شود. فشار در این زمان را فشار بخار اشباع آب در آن دما می گویند. لازم به ذکر است که زمانی که مقدار فشار فاز گاز به مقدار فشار بخار اشباع می رسد، مولکول های آب در فاز مایع به تبخیر شدن ادامه می دهند و مولکول های آب در فاز گاز به متراکم شدن به مایعات ادامه می دهند. فقط به این دلیل که سرعت تبخیر آب با سرعت تراکم بخار آب برابر است، مقدار مایع کاهش نمی یابد، مقدار گاز افزایش نمی یابد و گاز و مایع به حالت متعادل می رسند. بنابراین، هنگامی که فشار بخار ماده خالص مایع، فشار بخار اشباع آن باشد، فازهای گاز و مایع به تعادل فاز رسیده اند. 3. تقطیر چیست و اصل تقطیر چیست؟ پاسخ دهید: فرآیند تبخیر جزئی مخلوط مایع چند بار و تراکم جزئی بخار تولید شده چندین بار برای جداسازی مخلوط به اجزای مورد نیاز تقطیر نامیده می شود. چرا یک مخلوط مایع را می توان با انجام تبخیرهای جزئی و چگالش های جزئی متعدد به اجزای خالص یا نسبتاً خالص جدا کرد؟ برای تبخیر و چگالش اولیه، به دلیل نقاط جوش متفاوت اجزای موجود در مخلوط مایع، هنگامی که در دمای معینی تا حدی تبخیر می شود، زیرا مواد با نقطه جوش پایین به راحتی تبخیر می شوند، غلظت آن در فاز گاز بیشتر از فاز مایع است، در حالی که غلظت مواد با نقطه جوش بالا در فاز گاز مایع بیشتر از فاز گاز مایع است. این امر ترکیب فازهای گاز و مایع را تغییر می دهد. هنگامی که بخار حاصل از تبخیر جزئی تا حدی متراکم می شود، غلظت مواد با نقطه جوش بالا در میعانات بیشتر از فاز گازی است زیرا مواد با نقطه جوش بالا به راحتی متراکم می شوند، در حالی که غلظت مواد با نقطه جوش پایین در گاز متراکم شده بیشتر از میعانات است. به این ترتیب پس از تبخیر جزئی و تراکم جزئی، ابتدا مایع مخلوط شده با تغییر غلظت هر جزء جدا می شود. اگر این کار چندین بار انجام شود، آنچه در نهایت در فاز مایع باقی می‌ماند، اساساً اجزای با نقطه جوش بالا و آنچه در فاز گاز باقی می‌ماند، اساساً اجزای با نقطه جوش پایین هستند. مشاهده می شود که با انجام چندین تبخیر جزئی و چند تراکم جزئی به طور همزمان می توان مخلوط را به اجزای خالص یا نسبتاً خالص جدا کرد. هنگامی که یک مایع تبخیر می شود، گرما را جذب می کند و هنگامی که گاز متراکم می شود، گرما آزاد می کند. برای استفاده منطقی از گرما، می توانیم از گرمای آزاد شده در هنگام متراکم شدن گاز استفاده کنیم تا در هنگام بخار شدن مایع استفاده شود، یعنی فازهای گاز و مایع در تماس مستقیم هستند و همزمان انتقال جرم انجام می شود. به منظور برآورده کردن این نیاز، در عمل، این فرآیند تبخیر جزئی چندگانه همراه با تراکم جزئی متعدد در تجهیزات صفحه مخالف انجام می‌شود. جریان مخالف به این معنی است که گاز با دمای بالاتر تولید شده در اثر گرمایش مایع به صورت خلاف جریان از پایین به بالا به مایع برگشتی با دمای پایین تر (غنی از اجزای نقطه جوش پایین) که توسط تراکم در بالای برج ایجاد می شود، جریان می یابد. فرآیند انتقال گرما و جرم که در برج اتفاق می افتد به شرح زیر است: 1) گاز-مایع دو فاز گرما را تبادل می کند و گرما در مخلوط گاز نیمه تبخیر شده برای گرم کردن مخلوط مایع نیمه متراکم استفاده می شود. ； 2) فازهای گاز و مایع در حین تبادل گرما تحت تبادل جرم قرار می گیرند. مخلوط مایع با دمای پایین تر توسط مخلوط گاز با دمای بالاتر گرم شده و تا حدی تبخیر می شود. در این زمان، به دلیل تفاوت در قابلیت تبخیر (مواد با نقطه جوش پایین دارای قابلیت تبخیر قوی، مواد با نقطه جوش بالا دارای قابلیت تبخیر ضعیف هستند)، مواد با نقطه جوش پایین بیشتر از مواد با نقطه جوش بالا تبخیر می شوند. نتیجه این است که اجزای با نقطه جوش پایین از فاز مایع به فاز گاز تغییر می کنند و اجزای فرار در فاز گاز متمرکز می شوند. ； به همین ترتیب، یک مخلوط فاز گازی با دمای بالاتر، به دلیل حرارت دادن یک مخلوط مایع با دمای پایین تر، تا حدی متراکم می شود. همچنین به دلیل تفاوت در قابلیت تبخیر، جزء نقطه جوش بالا از فاز گاز به فاز مایع منتقل می شود و اجزای کمتر فرار در فاز مایع متمرکز می شوند. برج تقطیر از چند سینی تشکیل شده است. بالاترین قسمت برج را تاور بالای برج و پایین ترین قسمت برج را برج ثابت می نامند. یک سینی در برج فقط یک بار تبخیر جزئی و تراکم جزئی را انجام می دهد. هرچه تعداد سینی‌ها بیشتر باشد، زمان‌های تبخیر جزئی و تراکم جزئی بیشتر می‌شود و اثر جداسازی بهتر است. از طریق کل فرآیند تقطیر، در نهایت اجزای فرار با خلوص بالا از بالای برج به دست می‌آیند، و اجزای به‌دست‌آمده در پایین برج اساساً اجزای فرار دشواری هستند. 4. نقطه شبنم چیست؟ پاسخ دهید: مخلوط گاز در شرایطی که فشار بدون تغییر باقی می ماند خنک می شود. وقتی تا دمای معینی خنک شود، اولین قطره کوچک تولید می شود. این دما را دمای نقطه شبنم مخلوط تحت فشار مشخص شده یا به اختصار نقطه شبنم می نامند. گاز در دمای نقطه شبنم را گاز اشباع می گویند. دمای گاز تبخیر شده از بالای برج تقطیر در دمای نقطه شبنم است. شایان ذکر است که: فیلد اول یک جزء خالص نیست. برج یک فاز مایع است که در دمای نقطه شبنم با فاز گاز در تعادل است. ترکیب آن توسط رابطه تعادل فاز تعیین می شود. مشاهده می شود که نقاط شبنم برج برای مخلوط های گازی با ترکیبات مختلف متفاوت است. 5. نقطه حباب چیست؟ پاسخ دهید: هنگامی که مخلوط مایع تا دمای معینی تحت فشار معینی گرم می شود، اولین حباب بسیار کوچکی که در مایع ظاهر می شود، یعنی دمایی که تازه شروع به جوشیدن می کند، دمای نقطه حباب مایع تحت فشار مشخص یا به اختصار نقطه حباب نامیده می شود. مایعی که در دمای نقطه حباب قرار دارد، مایع اشباع نامیده می شود که دمای ساکن برج تقطیر است. لازم به ذکر است که این اولین حباب بسیار کوچک جزء خالص نیست و ترکیب آن نیز با رابطه تعادل فاز تعیین می شود. 6. نقطه جوش چیست؟ پاسخ دهید: هنگامی که فشار بخار اشباع یک ماده مایع خالص با فشار خارجی برابر باشد، مایع به جوش می آید. دما در این زمان را نقطه جوش مایع در فشار معین می گویند. نقطه جوش یک ماده خالص با تغییر فشار خارجی تغییر می کند. هنگامی که فشار خارجی افزایش می یابد، نقطه جوش افزایش می یابد و زمانی که فشار خارجی کاهش می یابد، نقطه جوش کاهش می یابد. برای مواد خالص، تحت فشار معین، نقطه حباب، نقطه شبنم و نقطه جوش همه یکسان هستند. 7 گرمای نهان چیست؟ پاسخ دهید: تغییر فاز زمانی اتفاق می افتد که وزن واحد یک ماده خالص دچار تغییر فاز شود (در شرایط عدم واکنش شیمیایی، یک ماده حالت فاز خود را تغییر می دهد، به آن تغییر فاز می گویند. به عنوان مثال، آب به یخ یا بخار آب تبدیل به بخار آب می شود که فرآیند تغییر فاز است. ) گرمای جذب شده یا آزاد شده توسط فرآیند را گرمای نهان می گویند. به عنوان مثال، گرمای جذب شده توسط 1 کیلوگرم آب هنگام گرم شدن از مایع به بخار آب، گرمای نهان تبخیر آب نامیده می شود. واحد رایج kcal/kg است. شایان ذکر است که دما و فشار در هنگام تغییر فاز ثابت است، در غیر این صورت نمی توان آن را گرمای نهان نامید. بنابراین، هنگام صحبت از مقدار گرمای نهان، باید توضیح داد که چه نوع فرآیند تغییر فاز در چه دما و فشاری رخ می دهد. به عنوان مثال، 1 کیلوگرم آب در 100 درجه سانتیگراد تحت فشار 760 میلی متر جیوه بخار می شود و گرمای نهان تبخیر 539.6 کیلو کالری است. برعکس، در این شرایط، گرمای آزاد شده از تراکم بخار آب را گرمای نهان میعان می نامند و مقدار آن برابر با بالا است. گرمای نهان یک مخلوط را می توان اندازه گیری یا محاسبه کرد. ارزش آن نه تنها به خواص اجزا، بلکه به محتوای اجزا نیز مربوط می شود. یک مقدار ثابت نیست. 8. گرمای محسوس چیست؟ پاسخ دهید: هنگامی که یک ماده خالص دچار تغییر فاز یا واکنش شیمیایی نمی شود، گرمای جذب شده یا آزاد شده در اثر تغییرات دما، گرمای محسوس نامیده می شود. 9 نسبت جریان مجدد چیست؟: در طی فرآیند تقطیر، بخار تولید شده پس از گرم شدن مایع مخلوط شده از بالای برج تبخیر شده و وارد کندانسور بالایی می شود. بخار در اینجا متراکم می شود (یا تا حدی متراکم می شود) به مایع تبدیل می شود و بخشی از میعانات به بالای برج بازگردانده می شود و در سینی جریان می یابد. این قسمت از مایع مایع رفلاکس نامیده می شود. ； قسمت دیگری از میعانات (یا بخار تغلیظ نشده) از بالای برج به عنوان محصول گرفته می شود. نسبت رفلاکس نسبت وزن حجم مایع رفلاکس به حجم تولید است که معمولاً به صورت R بیان می شود، یعنی R=L/D. در فرمول، نسبت R-reflux L-مقدار مایع رفلاکس در بالای برج در واحد زمان، کیلوگرم در ساعت. ذخیره استخراج بالای برج D در واحد زمان، کیلوگرم در ساعت. 10. حداقل نسبت جریان مجدد چقدر است؟ پاسخ دهید: تحت الزامات دقت جداسازی مشخص شده، یعنی زمانی که ترکیب استخراج شده از بالای برج و برج هنوز ثابت است، نسبت رفلاکس به تدریج کاهش می یابد و به اصطلاح شماره صفحه نظری به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که نسبت رفلاکس به مقدار معینی کاهش می یابد، تعداد صفحات نظری مورد نیاز به تعداد بی شماری افزایش می یابد و مقدار این نسبت رفلاکس به حداقل نسبت رفلاکس برای تکمیل وظیفه جداسازی از پیش تعیین شده تبدیل می شود. نسبت رفلاکس واقعی در حین کار عادی 1.3 تا 2 برابر حداقل نسبت رفلاکس است. 11. جریان مجدد کامل چیست؟ پاسخ دهید: در عملیات تقطیر، عملیات توقف تغذیه برج، تخلیه کتری برج و تخلیه بالای برج و استفاده از تمام میعانات بالای برج به عنوان مایع رفلاکس تبدیل به رفلاکس کل می شود. عملیات رفلاکس کل بیشتر در راه اندازی اولیه برج تقطیر یا در عملیات گردش خود به خودی برج تقطیر زمانی که تولید غیر طبیعی است استفاده می شود. 12. نسبت رفلاکس بهینه چگونه تعیین می شود؟ پاسخ دهید: برای فرآیندی با الزامات جداسازی ثابت، زمانی که نسبت رفلاکس کاهش می‌یابد، هزینه‌های عملیاتی (که عمدتاً در ظرفیت گرمایش کتری برج و ظرفیت سرمایش در بالای برج منعکس می‌شود) کاهش می‌یابد، تعداد سینی‌های مورد نیاز افزایش می‌یابد و هزینه سرمایه‌گذاری برج افزایش می‌یابد. ； برعکس، هنگامی که نسبت رفلاکس افزایش می یابد، می توان تعداد سینی ها را کاهش داد، اما هزینه عملیاتی افزایش می یابد. بنابراین، یک نسبت رفلاکس بهینه باید در طول طراحی انتخاب شود تا مجموع هزینه های سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی منظم تحت شرایط اقتصادی خاص به حداقل برسد. نسبت رفلاکس در این زمان، نسبت رفلاکس بهینه نامیده می شود. نسبت رفلاکس بهینه 1.3 تا 2 برابر حداقل نسبت رفلاکس است. 13. افت فشار برج تقطیر چقدر است؟ پاسخ دهید: به اصطلاح افت فشار برج تقطیر، اختلاف فشار بین برج ثابت و بالای برج است. برای برج های صفحه ای، افت فشار سینی عمدتاً از سه قسمت تشکیل شده است، یعنی افت فشار صفحه خشک، افت فشار لایه مایع و افت فشار برای غلبه بر کشش سطحی مایع. اختلاف فشار بین برج ثابت و بالای برج مجموع افت فشار در هر سینی کل برج است. به اصطلاح افت فشار صفحه خشک به افت فشاری اشاره دارد که هنگام عبور گاز (یا بخار) بالارونده در برج تقطیر از سینی بدون مایع ایجاد می شود. ； افت فشاری که هنگام عبور گاز از لایه مایع روی هر سینی ایجاد می شود، افت فشار لایه مایع نامیده می شود ； افت فشار ناشی از غلبه گاز بر کشش سطحی مایع، افت فشار کشش سطحی مایع نامیده می شود. برای یک برج ثابت، در طول عملیات عادی، افت فشار برج عمدتاً با سرعت جریان گاز در حال افزایش تغییر می کند. تجربه نشان می دهد که افت فشار برج با مجذور دبی جریان گاز متناسب است. 14. سرعت برج هوا چیست؟ چه ارتباطی با سرعت سوراخ دارد؟ پاسخ دهید: سرعت ستون خالی به نسبت حجم بخار بالارونده در برج تقطیر به سطح مقطع برج در واحد زمان اشاره دارد، یعنی فاصله ای که بخار بالارونده در برج در واحد زمان جریان می یابد. واحد مترمکعب بر ثانیه است. متر مربع یا متر بر ثانیه فرمول این است: W=VsAa که در آن W—سرعت برج هوا، متر/ثانیه ； Vs - افزایش سرعت جریان حجم بخار، m3/s ； Aa - سطح مقطع کل برج، متر مربع. ∵Aa=0.785D2 (D قطر داخلی برج، متر است) ∴W=Vs/0.785D2 سرعت حفره به نسبت حجم بخار بالارونده عبوری از سوراخ‌های بالارونده در واحد زمان به کل سطح مقطع سوراخ‌ها اشاره دارد، یعنی سرعت جریان عبوری از سوراخ‌های افزایش‌یافته m3. متر 2 یا متر بر ثانیه، فرمول: W hole=Vs/AT Where: W سوراخ - سرعت سوراخ، m/s ； AT - سطح مقطع کل کانال افزایش دهنده هوا، متر مربع. از آنجایی که سطح مقطع کل کانال بالابر گاز با نسبت باز شدن سینی تعیین می شود، با فرض اینکه نسبت باز شدن ف است، فرمول به شرح زیر است:: W hole=Vs/0.785D2Φ=W/Φ سرعت سطحی یکی از عوامل مهم مؤثر بر عملیات تقطیر است. برای یک برج تعیین شده، اگر سرعت سطحی برج در محدوده مجاز افزایش یابد، می توان ظرفیت تولید برج را افزایش داد. هنگامی که سرعت برج خالی تا حد معینی افزایش می‌یابد، زمان تماس فازهای گاز و مایع روی صفحه برج بسیار کوتاه است و حباب شدید مه رخ می‌دهد و عملکرد عادی برج را از بین می‌برد. به طور کلی سرعت برج خالی بر اساس مقدار حباب مه بیش از 10 درصد تعیین می شود که حداکثر سرعت مجاز نامیده می شود. وقتی سرعت برج خالی خیلی کم است، برای عبور گاز از سوراخ ها مساعد نیست و حتی نمی تواند مایع روی سینی بالایی را تحمل کند. مایع روی سینی می تواند از طریق سوراخ بالابر گاز به سینی پایینی برگردد. به این پدیده نشت مایع می گویند. هنگامی که نشتی جدی باشد، اثر جداسازی برج تقطیر کاهش می یابد، به ویژه برج صفحه غربال، برج شیر شناور و برج زبانه. 15. محوطه باز شدن برج چقدر است؟ نسبت باز شدن چگونه تعیین می شود؟ پاسخ دهید: در ستون تقطیر بخار از پایین به بالا و مایع از بالا به پایین جریان می یابد و همزمان از هر سینی عبور می کنند. عبور گاز از سینی ها را مجرای صعودی می گویند و سطح مقطع مجرای صعودی، سطح باز شدن هر سینی است. سطح باز شدن برج شیر شناور مجموع سطح مقطع تمام سوراخ های شیر شناور است. انتخاب سطح مقطع دهانه بر اساس اندازه بار تولید و سرعت بخار مجاز تعیین می شود. نسبت بازشو که معمولاً به آن اشاره می‌شود، نسبت سطح باز انتخابی به کل سطح مقطع برج خالی است که با Φ نشان داده می‌شود.: Φ=AT/Aa×100% که در آن Φ-نسبت باز شدن AT- سطح مقطع کل دهانه ها، m2 Aa- سطح مقطع کل برج خالی، m2 گاهی اوقات به منظور انطباق با بارهای گاز مختلف هر صفحه یا بخش در برج، می توان نسبت های مختلف بازشو را در طول طراحی انتخاب کرد. نسبت های مختلف باز شدن بازده انتقال جرم متفاوتی دارند. علاوه بر این، نسبت باز شدن نیز تاثیر زیادی بر ظرفیت پردازش برج دارد. در همان قطر برج، ظرفیت پردازش متناسب با افزایش نسبت باز شدن افزایش می‌یابد. ； برای همان ظرفیت پردازش، در صورت افزایش نسبت باز شدن، می توان قطر برج را کاهش داد، بنابراین نسبت باز شدن یکی از شاخص های مهم در طراحی است. 16. سیل مایع چیست؟ پاسخ دهید: در حین عملیات تقطیر، مایع موجود در سینی پایینی به سمت سینی بالایی می رود و عملکرد عادی برج را از بین می برد. این پدیده سیلاب نامیده می شود. دلیل اصلی تشکیل سیلاب مایع این است که سرعت بالا آمدن بخار در برج بسیار زیاد است و از حداکثر سرعت مجاز فراتر می رود. علاوه بر این، در طول عملیات تقطیر، اغلب با زیاد بودن بار مایع مواجه می‌شویم که باعث بالا رفتن سطح مایع در لوله سرریز می‌شود، به طوری که مایع موجود در سینی‌های بالایی و پایینی به یکدیگر متصل شده و عملکرد طبیعی برج را از بین می‌برد. این نیز نوعی سیل مایع است. دو پدیده فوق هر دو سیل هستند اما علل آن متفاوت است. 17. حباب مه چیست؟ پاسخ دهید: حباب مه به قطرات مایعی اطلاق می شود که توسط گاز از سینی پایینی به سینی بالایی حمل می شود. در طی فرآیند انتقال جرم، مقدار زیادی مه حباب، اجزای سنگینی را که نباید به بالای برج برود، وارد محصول می‌کند و در نتیجه کیفیت محصول را کاهش می‌دهد. در عین حال، اختلاف غلظت را در طول فرآیند انتقال جرم کاهش می دهد، اما راندمان سینی کاهش می یابد. برای یک برج معین، حداکثر حباب مجاز مه، سرعت افزایش گاز را محدود می کند. عوامل زیادی بر میزان حباب مه تأثیر می گذارند، مانند فاصله سینی، سرعت خالی برج، ارتفاع سرریز، سرعت جریان مایع و خواص فیزیکی و شیمیایی مواد. همچنین باید به آن اشاره کرد: میزان حباب غبار نیز ارتباط تنگاتنگی با ساختار دستگاه جمع آوری دارد. اگر چه عوامل زیادی بر میزان جذب غبار تأثیر می‌گذارند، اما مهم‌ترین عوامل سرعت ستون خالی و فضای جداسازی گاز و مایع بین دو سینی است. برای یک برج ثابت، مقدار حباب مه عمدتا با افزایش سرعت برج خالی افزایش می یابد. با این حال، اگر فاصله بین سینی ها افزایش یابد و فضای جداسازی بزرگتر شود، سرعت سطحی به همان نسبت افزایش می یابد. 18. نشت مایع چیست؟ پاسخ دهید: پدیده ای که مایع روی سینی از کانال گاز صعودی به سینی پایینی برمی گردد، نشتی نامیده می شود. در عملیات تقطیر، اگر انرژی گاز در حال افزایش برای عبور از لایه مایع روی سینی کافی نباشد و یا حتی کمتر از انرژی پتانسیل لایه مایع باشد، در این صورت قادر به نگهداری مایع نخواهد بود و نشتی ایجاد می‌شود. هرچه سرعت سطحی کمتر باشد، نشت شدیدتر است. نتیجه این است که بخشی از مایع روی سینی بدون تماس با گاز در حال افزایش به سمت سینی پایینی جریان می یابد و اجزای با نقطه جوش پایین که نباید در مایع باقی بمانند تبخیر نمی شوند و در نتیجه کارایی سینی کاهش می یابد. بنابراین حداقل سرعت ستون خالی برای عملکرد مناسب سینی با مقدار نشت مایع محدود می شود. عملکرد معمولی مستلزم آن است که میزان نشتی سینی نباید بیشتر از 10 درصد حجم مایع روی سینی باشد. اندازه نشتی نیز یکی از ویژگی های ارزیابی عملکرد سینی است. سینی های غربال، سینی های شیر و سینی های زبانه زمانی که سرعت افزایش گاز در برج کم باشد، احتمال نشتی بیشتری دارند. 19. انعطاف پذیری عملیاتی چیست؟ پاسخ دهید: کشش عملیاتی به محدوده بین حداقل مقدار مجاز (حد بار پایین) سرعت افزایش گاز و حداکثر مقدار مجاز (حد بار بالایی) اشاره دارد. هنگامی که سرعت افزایش گاز در این محدوده تغییر می کند، برج تقطیر می تواند عملکرد عادی خود را تحت اثر جداسازی خاصی حفظ کند. همانطور که قبلاً ذکر شد، حد بالای بار برج تقطیر محدود به مقدار حباب مه بخار بالارونده است که از 10٪ نرخ جریان بخار تجاوز نمی کند. ； حد پایین بار این است که نشت مایع در سینی از 10٪ سرعت جریان مایع تجاوز نمی کند. به طور کلی، برج شیر شناور دارای بیشترین انعطاف پذیری عملیاتی است. برخی از آزمایشات نشان می دهد که نسبت حد بار بالا به حد بار پایین می تواند به حدود 7 به 9 برسد و به دنبال آن برج درپوش حباب و کوچکترین آن توسط برج صفحه غربالی قرار می گیرد. لازم به ذکر است که با تغییر سرعت افزایش گاز، بازده سینی تغییر می کند که باعث تغییر اثر جداسازی می شود. 20. بک میکس چیست؟ پاسخ دهید: در سینی با نزول، مایع از سینی عبور می کند و با گاز حالت جریان متقاطع ایجاد می کند و غلظت اجزای فرار در مایع به تدریج در جهت جریان کاهش می یابد. با این حال، هنگامی که گاز در حال افزایش با مایع روی سینی گردابی ایجاد می کند، مایع با غلظت بالا و مایع با غلظت کم با هم مخلوط می شوند و تغییر غلظت مایع در جهت جریان را از بین می برند. این پدیده بیشتر به عنوان بک میکس شناخته می شود. مخلوط کردن مجدد می تواند منجر به کاهش راندمان جداسازی شود. وقوع اختلاط برگشتی تحت تأثیر عوامل زیادی مانند زمان ماند، شرایط جریان مایع، طول کانال جریان، سطح سینی، گرادیان هیدرولیکی و غیره قرار دارد. 21. تعادل مادی چیست؟ اهمیت تعادل مواد در عملیات تقطیر چیست؟ پاسخ دهید: تعادل مواد به کارگیری قانون تخریب ناپذیری جرم و حفظ تبدیل در صنایع شیمیایی است. برای هر فرآیند تولید، مقدار تبدیل مواد باید مجموع تولید محصول و از دست دادن مواد بر حسب وزن باشد. از طریق حسابداری مواد، می‌توان از تبدیل مواد خام به محصولات و میزان زیان آن مطلع شد تا راه‌هایی برای بهبود پیدا کنیم. حسابداری مواد به همان اندازه برای کل فرآیند یا در مرحله خاصی از فرآیند قابل استفاده است ； تمام مواد درگیر در فرآیند را می توان در نظر گرفت، یا هر جزء را می توان به حساب آورد. این اساسی ترین و حداقل نیاز یک اپراتور برای پیگیری تعادل مواد برج تقطیر در حین کار است. تعادل مواد به خوبی کنترل نمی شود. یکی اینکه مواد بیشتری تغذیه می شود و کمتر استخراج می شود. ； مورد دیگر این است که مواد کمتری را تغذیه کنید و بیشتر استخراج کنید. هر دو حالت عملیات عادی نیستند و بر کیفیت و کمیت محصول تأثیر می‌گذارند. بنابراین، برای بهره برداری از برج تقطیر در شرایط بهینه، بهبود کیفیت و کمیت محصول، کاهش مصرف انرژی و کاهش تلفات فرآوری، تعادل مواد و عملیات تنظیم باید به طور مکرر در عملیات واقعی انجام شود. 22. مناسب ترین موقعیت صفحه تغذیه کدام است؟ پاسخ دهید: مناسب ترین موقعیت صفحه تغذیه به موقعیت صفحه تغذیه با حداکثر ظرفیت جداسازی تحت همان تعداد صفحات نظری و شرایط کاری یکسان یا موقعیت صفحه تغذیه که به کمترین تعداد صفحات نظری در شرایط کاری یکسان نیاز دارد، اشاره دارد. در صنایع شیمیایی اکثر برج های تقطیر مجهز به بیش از دو صفحه تغذیه هستند و تنظیم موقعیت صفحات تغذیه بر اساس تغییرات در اجزای خوراک می باشد. هنگامی که اجزای کلید سبک در اجزای تغذیه کمتر از عملکرد معمولی هستند، موقعیت صفحه تغذیه باید به سمت پایین حرکت کند تا تعداد صفحات در بخش یکسوسازی افزایش یابد و در نتیجه ظرفیت جداسازی بخش یکسوسازی بهبود یابد. برعکس، حرکت دادن موقعیت صفحه تغذیه به سمت بالا برای افزایش تعداد صفحات در بخش سلب و بهبود ظرفیت جداسازی بخش استریپینگ است. به طور خلاصه، محتوای اجزای کلید سبک در اجزای تغذیه روی صفحه تغذیه باید کمتر از محتوای اجزای کلید سبک در سینی پایینی بخش یکسوسازی باشد، اما بیشتر از محتوای اجزای سبک در سینی بالایی بخش سلب‌بندی باشد. به این ترتیب ترکیب مواد روی هر سینی در برج پس از تغذیه از بین نمی رود و در نتیجه عملکرد روان را حفظ می کند. 23. کارایی سینی چیست؟ پاسخ دهید: در عملکرد واقعی برج تقطیر، به دلیل محدودیت زمان انتقال جرم و ناحیه تماس انتقال جرم، نمی توان به حالت تعادل گاز- مایع دست یافت، یعنی غلظت اجزای با نقطه جوش پایین موجود در بخار در سینی کمتر از غلظت اجزای با نقطه جوش پایین موجود در بخار در هنگام رسیدن به حالت تعادل مایع است. بنابراین، تأثیر یک سینی واقعی همیشه کمتر از یک سینی تئوری است. با شروع از این مفهوم، کارایی سینی را می توان به صورت نسبت تعداد نظری صفحات به تعداد واقعی صفحات بیان کرد. عوامل اصلی موثر بر کارایی سینی عبارتند از: (1) سرعت تبادل بین فاز گاز و فاز مایع ； (2) درجه اختلاط فازهای گاز و مایع در سینی ； (3) تعداد قطرات مایع که با بالا آمدن بخار به سینی بالایی و مقدار نشت مایع از سینی حمل می شود. سه عامل فوق تحت تأثیر طراحی و چیدمان سینی ها، شرایط عملیاتی و خواص فیزیکی مواد در حال پردازش قرار دارند. طراحی سینی و چیدمان شامل: ابعاد هندسی سینی، فاصله سینی، ارتفاع سرریز سرریز، نسبت باز شدن، ترتیب سوراخ های بالابر هوا و غیره. شرایط عملیاتی شامل: افزایش سرعت بخار، زمان ماندن مایع در سینی، دما و فشار و غیره. خواص فیزیکی مواد در حال پردازش عبارتند از:: فراریت نسبی، ویسکوزیته و گرانش بخار و مایع، ضریب انتشار و کشش سطحی و غیره. ضمناً اشاره می شود که خواص فیزیکی مواد با دمای کار و فشار در برج تغییر می کند. در تولید، هنگام انتخاب نوع سینی، سینی ها باید شرایط زیر را برآورده کنند (1) سینی ها دارای راندمان بالایی هستند. ； (2) ظرفیت تولید بزرگ است، یعنی بارهای مجاز فاز گاز و مایع زیاد است، به طوری که برج های کوچکتر می توانند وظایف تولید بزرگتر را انجام دهند. ； (3) عملکرد پایدار و انعطاف پذیری عملیاتی خوب ； (4) اقتصادی و بادوام، مصرف فولاد کمتر ； (5) کارکرد و نگهداری آسان. 24. ارتفاع معادل فیلر چقدر است؟ پاسخ دهید: به ارتفاع معادل پرکننده، ارتفاع صفحه معادل پرکننده نیز گفته می شود. ارتفاع بسته بندی مورد نیاز برای درجه جداسازی معادل یک لایه از صفحات نظری نیز می تواند به عنوان ارتفاع بسته بندی معادل اثر یک لایه از صفحات نظری مورد بحث قرار گیرد. 25. چگالی اسپری فیلر چقدر است؟ پاسخ دهید: به چگالی اسپری پرکننده، سرعت جرمی مایع نیز گفته می شود. جرم مایع بر حسب کیلوگرم در هر متر مربع سطح مقطع برج در ساعت پاشیده می شود. 26. ظرفیت نگهداری مایع لایه بسته بندی چقدر است؟ پاسخ دهید: هنگامی که لایه بسته بندی کار می کند، مقدار مایع تجمع یافته در شکاف ها و روی سطح پکینگ را ظرفیت نگهداری مایع می گویند و واحد آن (m3 مایع/m3 حجم برج) است. ظرفیت نگهداری مایع را می توان به دو قسمت تقسیم کرد: (1) حجم مایع نگهدارنده استاتیک: هنگامی که برج بسته بندی شده پاشش مایع را متوقف می کند و قطره آن متوقف می شود، مقدار مایع جمع شده در برج ظرفیت نگهداری نامیده می شود. ظرفیت نگهداری خالص فقط به ویژگی های پرکننده و خواص مایع بستگی دارد و ربطی به حجم اسپری مایع ندارد. (2) ظرفیت نگهداری مومنتوم: هنگامی که برج بسته بندی شده پاشش مایع را متوقف می کند، مقدار مایع تخلیه شده ظرفیت نگهداری دینامیکی نامیده می شود. ظرفیت نگهداری دینامیکی علاوه بر ارتباط با ویژگی های پرکننده و مایع، به چگالی اسپری مایع نیز مرتبط است. اما وقتی زیر نقطه بارگذاری باشد ربطی به سرعت گاز ندارد. مجموع ظرفیت نگهداری استاتیک و ظرفیت نگهداری دینامیکی، مجموع ظرفیت نگهداری مایع است. 27. برج پر شده چیست؟ مزایا و معایب چیست؟ پاسخ دهید: برج بسته بندی شده مجهز به ارتفاع مشخصی از پکینگ در برج است و یک تجهیزات انتقال جرم با تماس مداوم گاز و مایع است. بخار بالارونده در برج از پایین به بالا در امتداد منافذ بسته بندی جریان دارد. ； مایع باقی مانده در بالای برج از بالا به پایین در امتداد سطح بسته بندی جریان دارد. انتقال ماده و گرما بین فازهای گاز و مایع با تشکیل یک سطح فیلم مایع نازک بر روی سطح پرکننده انجام می شود. مزایای برجسته برج های بسته بندی شده عبارتند از: مقاومت جریان سیال کوچک است، ساختار ساده است، مصرف فولاد کم است، هزینه کم است، نصب و نگهداری راحت است، و پرکننده به راحتی از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته می شود. 28. هنگام استفاده از پرکننده ها چه الزاماتی وجود دارد؟ پاسخ دهید: اول از همه، به دلیل اینکه شکاف بین پکینگ و دیوار برج بزرگتر از شکاف وسط لایه بسته بندی است، مایع به راحتی به دیوار برج جریان می یابد و بر اثر انتقال جرم تأثیر می گذارد. این معمولاً اثر دیواره جانبی نامیده می شود. در گذشته اعتقاد بر این بود که هرچه قطر پرکننده بزرگتر باشد، اثر دیواره جانبی جدی تر است. به طور کلی، برج های بسته بندی شده نیاز دارند که نسبت قطر برج D به قطر بسته بندی d بیشتر از 10:1 باشد. برای برج های بلند، جلوه دیوار جانبی جدی تر است. بنابراین، اغلب برای حل این مشکل از پر کردن قطعه‌ای یا توزیع مجدد مایع استفاده می‌شود. به طور کلی، نسبت ارتفاع بسته بندی H به قطر برج بسته بندی 2 به 6 است که مناسب تر است. ثانیاً، برای مرتب سازی پرکننده ها نیز الزاماتی وجود دارد. هنگامی که D/d بیشتر از 8 است، بهتر است بسته بندی را به طور منظم تخلیه کنید. هنگامی که پرکننده به صورت تصادفی انباشته می شود، ابتدا باید آب به تجهیزات اضافه شود و سپس فیلر باید در آب قرار گیرد تا به دلیل شکستگی مسدود نشود. پس از بارگیری پرکننده، آب باید تخلیه شود. ثالثاً هنگامی که برج بسته بندی شده متوقف می شود، باید آسیب و آلودگی بسته بندی بررسی شود و برای تمیز کردن یا تعویض آن تصمیم گیری شود. 29. ساختار سینی شیر شناور چگونه است؟ چگونه کار می کند؟ پاسخ دهید: برج شیر شناور نوع جدیدی از تجهیزات انتقال جرم سازمانی است که در ده سال گذشته به طور گسترده در کشور من استفاده شده است. در حال حاضر کاربرد وسیعی در صنعت پتروشیمی دارد و نتایج رضایت بخشی را به دست آورده است. ساختار برج شیر شناور نسبتا ساده است. سازه های اصلی شامل یک سینی دریافت مایع، یک سرریز، یک سرریز، یک شیر شناور و یک سینی است. 30. مزایا و معایب سینی های شیر شناور چیست؟ پاسخ دهید: عملکرد سینی شیر شناور مزایای سینی درپوش حباب دار و سینی سوراخ دار را ترکیب کرده و معایب آنها را بهبود می بخشد. از آنجایی که شکاف دندانی سینی کلاهک حباب ثابت است، سازگاری آن با تغییرات بار بخار ضعیف است. وقتی سرعت بخار کم است، تماس گاز و مایع خوب نیست. هنگامی که سرعت گاز زیاد است، بخار به راحتی مایع را دور می کند. اگرچه سینی متخلخل ساختار ساده و ظرفیت پردازش زیادی دارد، انعطاف پذیری عملیاتی آن نسبتاً کم است. برای یک برج شیر شناور، باز شدن صفحه شیر با سرعت بخار تغییر می کند. در سرعت کم گاز، صفحه سوپاپ به طور خودکار تحت تأثیر گرانش قرار می گیرد تا نشتی را کاهش دهد. بنابراین، برج شیر شناور دارای راندمان بالاتر، انعطاف پذیری عملیاتی بیشتر است و بهتر می تواند با تغییرات حجم خوراک سازگار شود. آزمایشات نشان داده است که نسبت حداکثر بار آن به حداقل بار می تواند به حدود 7 به 9 برسد. برج شیر شناور ساختار ساده و سطح مقطع آزاد زیادی دارد. هزینه آن 12 تا 15 درصد کمتر از برج کلاهک حبابی است و ظرفیت پردازش آن حدود 20 تا 40 درصد بیشتر از سینی کلاهک حبابی است. از آنجایی که بخار در سینی شیر شناور به صورت افقی در لایه مایع دمیده می شود، هم زدن گاز-مایع بهتر است، حباب مه کوچک است، زمان تماس طولانی است و اثر انتقال جرم خوب است. کارایی آن 15 درصد بیشتر از پماد سینی کلاهک حبابدار است. عیب اصلی سینی دریچه شناور این است که بخار در امتداد حاشیه منافذ بخار در حال افزایش خارج می شود و هنوز مخلوط معکوس مایع وجود دارد که باعث کاهش راندمان انتقال جرم می شود. علاوه بر این، صفحه شیر به راحتی گیر می کند، زنگ می زند یا گیر می کند و بر باز شدن آن تأثیر می گذارد. 31. ارتفاع برج و قطر برج چه تاثیری بر خروجی و کیفیت دارد؟ پاسخ دهید: قطر برج عمدتاً بر ظرفیت تولید تأثیر می گذارد و ارتفاع برج عمدتاً بر خلوص محصول تأثیر می گذارد. رابطه بین قطر برج و ظرفیت تولید را می توان با فرمول زیر توضیح داد. D=(v/0.785w)1/2 که در آن D----قطر برج، متر ； v---- سرعت جریان حجمی بخار در برج، m3/s w---- نرخ جریان خارج از برج، m/s. برای یک برج خاص، محدودیت‌های خاصی در نرخ جریان برج خالی وجود دارد. در یک سرعت سطحی معین، هرچه سرعت جریان حجمی بخار در برج بیشتر باشد، قطر برج مورد نیاز بیشتر است. ； به همین ترتیب، هرچه قطر برج بزرگتر باشد، بار بخار مجاز در برج بیشتر می شود، یعنی ظرفیت تولید بیشتر می شود. بنابراین قطر برج عامل اصلی موثر بر ظرفیت تولید است. ارتفاع برج توسط تعداد واقعی سینی ها زمانی که کارایی صفحه و فاصله صفحات تعیین می شود تعیین می شود. تعداد واقعی صفحات با حداقل تعداد صفحات نظری تعیین می شود. هرچه حداقل تعداد صفحات نظری بیشتر باشد، تعداد صفحات واقعی بیشتر است. تاثیر قطر برج و ارتفاع برج بر تولید دیالکتیکی است و نمی توان آن را به طور کامل از هم جدا کرد. به عنوان مثال، افزایش ارتفاع برج می تواند نسبت رفلاکس را کاهش دهد و در نتیجه ظرفیت تولید را افزایش دهد. ； افزایش قطر برج می تواند باعث افزایش نسبت رفلاکس و کاهش ارتفاع برج شود. 32. عوامل موثر بر عملیات تقطیر کدامند؟ پاسخ دهید: علاوه بر مشکلات تجهیزات، عوامل اصلی موثر بر فرآیند عملیات تقطیر شامل جنبه های زیر است:: دما و فشار برج (شامل بالای برج، پایین برج و چند سینی مخصوص) ； وضعیت تغذیه ； مقدار تغذیه ； ترکیب خوراک ； دمای تغذیه ； افزایش سرعت بخار در برج و میزان گرمایش اواپراتور ； جریان برگشتی ； مقدار مبرد در بالای برج ； حجم تولید در بالای برج و حجم تولید در پایین برج. عملکرد برج تنظیم این عوامل تأثیرگذار با توجه به الزامات ترکیب محصولات در بالا و پایین برج است. 33. تغییر فشار کاری برج تقطیر چه تاثیری بر عملیات تقطیر دارد؟ پاسخ دهید: طراحی و عملکرد برج بر اساس فشار خاصی است، بنابراین برج تقطیر عمومی همیشه باید ابتدا فشار را ثابت نگه دارد. نوسانات فشار برج اثرات زیر را بر عملکرد برج خواهد داشت. (1) تغییر فشار عملیاتی بر کیفیت محصول و تعادل مواد تأثیر می گذارد، که ترکیب تعادل فاز گاز-مایع را در هر سینی تغییر می دهد. با افزایش فشار، اجزای سنگین در فاز گاز کاهش می‌یابد و به همین ترتیب غلظت اجزای سبک در فاز گاز افزایش می‌یابد. ； افزایش محتوای اجزای سبک در فاز مایع نیز باعث تغییر نسبت وزنی فاز گاز به مایع می شود و باعث می شود که مقدار فاز مایع افزایش و مقدار فاز گاز کاهش یابد. نتیجه کلی این است: غلظت اجزای سبک در بخش سربار افزایش می یابد، اما کمیت به طور نسبی کاهش می یابد ； غلظت اجزای سبک در مایع کتری افزایش می یابد و حجم مایع کتری افزایش می یابد. به همین ترتیب، با کاهش فشار، تعداد کسرهای سربار افزایش یافته و غلظت اجزای سبک کاهش می یابد. ； حجم مایع در کتری کاهش می یابد و غلظت اجزای سبک کاهش می یابد. فشار ثابت باید در طول عملیات عادی حفظ شود. با این حال، اگر عملیات غیرعادی باشد و غلظت اجزای سنگین در محصول برتر افزایش یابد، فشار عملیاتی را می توان به طور مناسب افزایش داد تا کیفیت محصول واجد شرایط شود. با این حال، در این زمان، از دست دادن اجزای سبک در فاز مایع افزایش می یابد. (2) فشار نوسانات نسبی بین اجزای متغیر افزایش می یابد، نوسانات نسبی بین اجزا کاهش می یابد و بازده جداسازی کاهش می یابد و بالعکس. (3) ظرفیت تولید برج را تغییر دهید. فشار افزایش می یابد، وزن قطعات افزایش می یابد و ظرفیت پردازش برج افزایش می یابد. (4) نوسانات فشار برج باعث سردرگمی در مطابقت بین دما و ترکیب می شود. ما اغلب از دما به عنوان یک معیار غیرمستقیم برای اندازه گیری کیفیت محصول در حین کار استفاده می کنیم، اما این تنها زمانی درست است که فشار برج ثابت باشد. هنگامی که فشار برج تغییر می کند، نقطه شبنم و نقطه حباب مخلوط تغییر می کند و باعث می شود توزیع دمای کل برج تغییر کند و رابطه متناظر بین دما و کیفیت محصول نیز تغییر خواهد کرد. از تجزیه و تحلیل فوق، تغییر فشار عملیاتی باعث تغییر شرایط کاری کل برج می شود. بنابراین، فشار ثابت باید در طول عملیات عادی حفظ شود. تنها زمانی که عملکرد عادی برج آسیب دیده باشد، فشار برج می تواند به طور مناسب در محدوده مجاز توسط شاخص های فرآیند بر اساس تجزیه و تحلیل فوق تنظیم شود. لازم به ذکر است که در حین عملیات تقطیر، تغییر در مقدار خوراک، ترکیب خوراک و دمای خوراک، تغییر در میزان بخار حرارتی در ستون ثابت، تغییر حجم رفلاکس، دمای برگشت، تغییر در میزان مبرد در بالای برج، مسدود شدن سینی ها و غیره ممکن است باعث نوسانات فشار برج شود. در این زمان ابتدا باید دلایل نوسانات فشار برج را تجزیه و تحلیل کرد و به موقع با آنها برخورد کرد تا عملیات به حالت عادی بازگردد. 34. وضعیت خوراک چه تاثیری بر عملیات تقطیر دارد؟ پاسخ دهید: پنج وضعیت تغذیه وجود دارد (1) تغذیه سرد ； (2) تغذیه نقطه حباب ； (3) خوراک مخلوط گاز و مایع ； (4) تغذیه بخار اشباع ； (5) تغذیه بخار فوق گرم. برای راحتی تجزیه و تحلیل، گرمای لازم برای تبدیل هر کیلوگرم مایع خوراک مولکولی به بخار اشباع، δ = گرمای نهان تبخیر هر کیلوگرم خوراک مولکولی است. از فرمول بالا قابل مشاهده است: δ> 1 هنگام تغذیه سرد، δ = 1 در هنگام تغذیه در نقطه حباب، 0 هنگام تغذیه مخلوط گاز و مایع