تنظیم فشار در توربین تقطیر
Thread Content
چگونه فشار برج را در عملیات تقطیر تنظیم کنیم؟ عوامل تأثیرگذار بر تغییرات فشار برج چه هستند؟ در عملکرد هر دستگاه تقطیر، باید فشار داخل دستگاه را در محدوده مشخص شده کنترل کرد تا سایر پارامترها نیز بهطور مناسب تنظیم شوند. نوسانات فشار برج، تعادل مواد و تعادل گاز-مایع در کل برج را برهم میزند و باعث میشود محصول به کیفیت مورد نیاز نرسد. بنابراین، بسیاری از توربینهای تقطیر دارای اقدامات خاصی هستند تا فشار درون توربین را در محدوده مناسبی حفظ کنند. (۱) برای فشار برج تحت فشار، عمدتاً دو روش تنظیم وجود دارد: ① هنگامی که کندانسور بالای برج یک کندانسور تفکیککننده باشد، فشار برج معمولاً از طریق میزان گاز استخراجشده تنظیم میشود. در شرایط دیگر ثابت، میزان استخراج در فاز گازی افزایش یافته و فشار برج کاهش مییابد ； میزان استخراج در فاز گازی کاهش مییابد و فشار برج افزایش مییابد. ②هنگامی که کندانسور بالای برج، یک کندانسور کامل باشد، فشار برج معمولاً از طریق میزان سرماکننده تنظیم میشود؛ یعنی معادل تنظیم دمای مایع بازگشتی است. در شرایط دیگر که ثابت میمانند، با افزایش مقدار سرما، دمای مایع بازگشتی کاهش یافته و فشار در برج نیز کاهش مییابد ； اگر مقدار سرما کاهش یابد، دمای مایع بازگشتی افزایش یافته و فشار برج نیز بالاتر میرود. برای کنترل فشار در توربینهای تقطیر با فشار کم، عمدتاً دو روش وجود دارد: ① هنگامی که خلأ مورد نیاز توربین از طریق پمپهای پاششی تأمین میشود، میتوان با تنظیم میزان یا دمای سیال خنککننده در کندانسور بالای توربین، میزان خلأ آن را تغییر داد. هنگامی که مواد جداشده امکان تماس با هوا را دارند، در این سیستم کنترل، پمپ پرتاب بخار با حداکثر توان کار میکند؛ شیر تنظیمی نیز در لولههای متصل به جو قرار دارد و با تنظیم میزان باز بودن این شیر، میزان خروج گازهای فرآوریشده از سیستم تنظیم میشود و در نتیجه، سطح خلأ در برج تنظیم میگردد. ②هنگام استفاده از پمپ خلأ الکتریکی برای ایجاد خلأ، شیر تنظیمی روی لوله بازگشت پمپ خلأ نصب میشود؛ با تنظیم میزان باز بودن این شیر، میزان خروج گازهای فرعی از سیستم کنترل شده و در نتیجه میزان خلأ در برج نیز تنظیم میگردد. برای کنترل فشار در برجهای با فشار معمولی، عمدتاً سه روش وجود دارد: ① در مواردی که الزامات مربوط به پایداری فشار در بالای برج چندان زیاد نیست، نیازی به نصب سیستم کنترل فشار نیست؛ بلکه باید یک لوله به اتمسفر وصل شود تا فشار درون برج نزدیک به فشار اتمسفر باقی بماند. ②در مواردی که الزامات مربوط به پایداری فشار در بالای برج بالاست یا مواد جداشده نمیتوانند با هوا در تماس باشند، میتوان از روش کنترل فشار در برجهای تحت فشار برای کنترل فشار در بالای برج استفاده کرد. ③فشار فاز گازی در مخزن برج، با تنظیم میزان بخار گرمکننده در پایه برج، کنترل میشود. چگونه دمای مخزن را در فرآیند تقطیر تنظیم کنیم؟ عوامل تأثیرگذار بر نوسان دمای کتری چه هستند؟ دمای مخزن توسط فشار مخزن و ترکیب مواد تعیین میشود. در فرآیند تقطیر، تنها با حفظ دمای مشخص مخزن است که میتوان کیفیت محصول را تضمین کرد. بنابراین، دمای کتری یکی از شاخصهای کنترلی مهم در فرآیند تقطیر است. هنگامی که دمای مخزن تغییر میکند، معمولاً با تغییر مقدار بخار گرمایشی وارد به مخزن تبخیر، دمای آن به حالت عادی برمیگردد. هنگامی که دمای مخزن کمتر از مقدار تعیینشده باشد، باید میزان بخار مورد استفاده افزایش یابد تا میزان تبخیر محلول در مخزن بالا رود؛ در نتیجه، میزان اجزای سنگینتر در محلول افزایش یافته، نقطه حبابزدن بالاتر میشود و دمای مخزن نیز افزایش مییابد. هنگامی که دمای مخزن بالاتر از مقدار تعیینشده باشد، باید میزان بخار مورد استفاده کاهش یابد تا میزان تبخیر محلول در مخزن کاهش یابد؛ در نتیجه، میزان اجزای سبک در محلول افزایش یافته، نقطه حبابزدن پایینتر میشود و دمای مخزن نیز کاهش مییابد. دلایل متعددی برای نوسان دمای دیگ وجود دارد. هنگامی که فشار در مخزن به طور ناگهانی افزایش مییابد، دمای مخزن نیز افزایش یافته و سپس دوباره کاهش مییابد. این به این دلیل است که افزایش دمای مخزن، ناشی از افزایش فشار و در نتیجه افزایش نقطه حبابزدن مایع موجود در مخزن میباشد. بنابراین، مقدار بخاری که در داخل برج افزایش مییابد، نه تنها افزایش نخواهد یافت، بلکه به دلیل افزایش فشار کاهش خواهد یافت ； بدین ترتیب، تبخیر اجزای سبک موجود در مخلوط داخل مخزن به طور کامل انجام نمیشود؛ این امر منجر به کاهش نقطه جوش مایع داخل مخزن میگردد و در نتیجه دمای مخزن نیز کاهش مییابد. در مقابل، هنگامی که فشار در برج ناگهان کاهش مییابد، مقدار بخار در حال صعود در داخل برج به دلیل کاهش فشار افزایش مییابد و این امر منجر به کاهش سریع سطح مایع در پایین برج میشود؛ در نتیجه، ترکیبات با وزن مولکولی بالاتر ممکن است به بالای برج منتقل شوند. با افزایش وزن اجزای محلول در مخزن، نقطه حبابزدن محلول افزایش یافته و دمای مخزن نیز به تبع آن بالاتر میرود. بنابراین، فشار برج یکی از عوامل مهم در ایجاد تغییرات دمای کتری است. بنابراین، در فرآیند عملیاتی، تنها با کنترل فشار برج در سطح مورد نیاز، میتوان به طور دقیق مشخص کرد که دمای مخزن با الزامات فرآیندی مطابقت دارد یا خیر؛ در غیر این صورت، منجر به عملیاتهای اشتباه خواهد شد. دمای دیگ نیز با افزایش غلظت اجزای سبک در مواد ورودی کاهش یافته و با افزایش غلظت اجزای سنگین افزایش مییابد. علاوه بر این، وجود آب در مخزن، تجمع مواد در مخزن تبخیر که باعث مسدود شدن برخی از لولهها میشود، نوسانات فشار بخار گرمایشی، خرابی دروازههای تنظیمی، و اختلال در استخراج متعادل مواد، همگی میتوانند باعث نوسانات دمای مخزن شوند. هنگام نوسان دمای دیگ، باید علل این نوسانات را تحلیل کرده و آنها را برطرف نمود. به عنوان مثال، میزان استخراج از بالای توربین کم بوده و باعث میشود فرآوردههای سبک به قسمت پایین توربین هل داده شوند و در نتیجه دمای آن قسمت کاهش یابد. در این حالت، اگر استخراج از بالای توربین افزایش نیابد و تنها مقدار بخار گرمکننده در پایین توربین افزایش یابد، نه تنها تأثیری بر دمای محفظه نخواهد داشت، بلکه در موارد شدید میتواند منجر به پدیده سرریز مایع شود. همچنین، لولههای موجود در دیگ تبخیر به دلیل انعقاد مواد، مسدود میشوند و در نتیجه دمای دیگ کاهش مییابد؛ در چنین شرایطی، باید خدمات تعمیراتی برای تجهیزات سفارش داده شود. در فرآیند تقطیر، چگونه نسبت بازگشت را تنظیم کنیم؟ نسبت بازگشت بر اساس الزامات جداسازی مواد خام تعیین میشود. نسبت بازگشت بیش از حد یا کمتر از حد، هر دو بر بهرهوری فرآیند تقطیر و کیفیت محصول تأثیر میگذارند. افزایش نسبت بازگشت، میتواند غلظت اجزای سبک در محصول بالای برج را افزایش دهد؛ اما باعث کاهش ظرفیت تولید برج میشود و همچنین مصرف انرژی سرمایشی در بخش بالای برج و انرژی گرمایی در بخش پایین برج را افزایش میدهد. در عملکرد عادی، باید نسبت بازگشت مناسبی حفظ شود تا در شرایطی که کیفیت محصول تضمین شود، بهترین نتایج اقتصادی به دست آید. نسبت بازگشت تنها در صورتی قابل تنظیم است که شرایط تولید استاندارد برج مختل شود یا کیفیت محصول مطلوب نباشد. به عنوان مثال، با افزایش میزان ترکیبات بازسازیشده در محصول نهایی، کیفیت آن کاهش مییابد و لازم است نسبت بازگشت مناسباً افزایش یابد. بار برج (میزان ورودی) خیلی پایین است؛ برای حفظ سرعت مناسب بخار در حال صعود در داخل برج، نسبت بازگشت نیز باید به طور مناسب افزایش یابد. در تجهیزات تولیدی بزرگ، هنگامی که ساختارهای مختلف صفحات برج، الزامات سرعت بخار صعودی، محدوده طراحی دستگاههای اندازهگیری و حجم تولید واقعی با یکدیگر در تضاد قرار میگیرند، میتوان نسبت بازگشت را بهطور مناسب تغییر داد. همچنین، در مورد صفحات برج با دریچههای شناور، اگر ظرفیت پردازش تنها ۵۰ تا ۶۰ درصد از ظرفیت طراحی شده باشد، برای اینکه دریچههای شناور در محدوده مناسبی کار کنند و محدوده اندازهگیری دستگاههای اندازهگیری نیز در محدوده کاری مناسب قرار گیرد، باید نسبت بازگشت مایع را افزایش داد تا پایداری تولید تضمین شود. این امر برای حفظ تولید پایدار در تأسیسات بزرگ، بسیار مهم است. ۴. روشهای تنظیم نسبت بازگشت میتواند عبارتند از: ① کاهش مقدار استخراج شده از بالای برج برای افزایش نسبت بازگشت. ②هنگامی که کندانسور بالای برج، یک کندانسور تفکیککننده باشد، میتوان مقدار سرمایشکننده مورد استفاده در بالای برج را افزایش داد تا مقدار مایع منجمد بیشتر شده و نسبت بازگشت نیز افزایش یابد. ③با بازگشت اجباری مایع در مخزن واسط، میتوان موقتاً میزان بازگشت را افزایش داد تا نسبت بازگشت بالاتر شود، اما نباید مخزن بازگشت کاملاً خالی شود. ۵. در فرآیند تقطیر، چگونه میتوان اختلاف فشار در برج را تنظیم کرد؟ تفاوت فشار در ستون، عامل اصلی برای سنجش میزان بار گازی درون ستون است و همچنین یکی از نشانههای مهم برای تشخیص اینکه آیا ورودی و خروجی در فرآیند تقطیر متعادل هستند یا خیر. در شرایطی که ورودی و خروجی مواد در تعادل باشند و نسبت بازگشت ثابت بماند، تفاوت فشار در برج عملاً ثابت است. هنگامی که تعادل معمول مواد برهم میخورد یا دما و فشار درون برج تغییر میکند، این امر منجر به تغییر سرعت جریان بخار صعودی در برج و تغییر ارتفاع سد مایعی روی صفحات برج میشود و در نتیجه باعث تغییر تفاوت فشار در برج میگردد. در فرآیند تقطیر، باید بر اساس علل تغییرات فشار در برج، تنظیمات لازم انجام شود؛ سه روش رایج برای این منظور وجود دارد: ① در شرایطی که میزان ورودی مواد تغییر نمیکند، از میزان مایع خارج شونده از بالای برج برای تنظیم فشار استفاده میشود. هرچه مقدار محصول استخراجشده بیشتر باشد، سرعت جریان بخار در داخل برج کاهش مییابد و تفاوت فشار در برج نیز کمتر میشود ； میزان استخراج کاهش مییابد، سرعت جریان بخار در داخل توربین افزایش مییابد و تفاوت فشار در توربین بالاتر میرود. ②در شرایطی که میزان استخراج ثابت باقی میماند، از میزان ورودی برای تنظیم تفاوت فشار در برج استفاده میشود. میزان ورودی افزایش یافت، تفاوت فشار در برج نیز بالا رفت ； میزان ورودی کاهش یافته و تفاوت فشار در برج نیز کم میشود. ③در چارچوب مجاز شاخصهای فرآیندی، تفاوت فشار در برج از طریق تغییر دمای مخزن تنظیم میشود. با افزایش دمای کتری، تفاوت فشار در برج نیز افزایش مییابد ； کاهش دمای کتری، باعث کاهش تفاوت فشار در برج میشود. در مورد تغییرات فشار ناشی از مشکلات تجهیزات، باید به هر مورد به طور جداگانه رسیدگی کرد و در موارد شدید، تجهیزات باید متوقف شده و تعمیر گردند. ۶. در فرآیند تقطیر، چگونه میتوان دمای بالای برج را تنظیم کرد؟ دمای بالای برج، یکی از عوامل مهم در تعیین کیفیت محصولات تولید شده در بالای برج است. در شرایطی که فشار کولون تغییر نکند، با افزایش دمای بالای کولون، میزان اجزای سنگینتر در محصول خروجی افزایش یافته و کیفیت آن کاهش مییابد. روشهای تنظیم دمای بالای برج، عمدتاً دو نوع هستند: یکی ثابت نگه داشتن میزان بازگشت و تنظیم دمای بازگشت است ； یک روش، ثابت نگه داشتن دمای بازگشت و تنظیم میزان بازگشت است. به دلیل بزرگتر شدن روزافزون تجهیزات تولید، با توجه به پایداری تولید، روش تنظیم میزان بازگشت به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. روشهای مشخص برای تنظیم به شرح زیر است: ① کنترل دمای بالایی با استفاده از جریان بازگشتی. میزان بازگشت مایع افزایش یافته و دمای بالای برج کاهش مییابد؛ این روش تنظیماتی معمولاً زمانی استفاده میشود که بخش بالایی برج، یک کندانسور کامل باشد. ②هنگامی که سرمایشکننده مورد استفاده در بالای برج در فرآیند انتقال حرارت دچار تغییر فاز میشود، میتوان دمای بالای برج را با کنترل پیوسته فشار تبخیر سرمایشکننده و دمای آن، تنظیم کرد. فشار تبخیر کاهش مییابد و در نتیجه دمای تبخیر نیز کاهش مییابد، که منجر به کاهش دمای سطح میشود. این روش در صورتی که کندانسور بالای برج یک کندانسور تفکیککننده باشد، میتواند میزان جریان بازگشتی را تغییر دهد ； هنگامی که در کندانسور بالای برج اثر سردشدن اضافی وجود دارد، میتوان از آن برای تغییر دمای بازگشت نیز استفاده کرد. ③هنگامی که سیال خنککننده در بالای توربین در فرآیند انتقال حرارت دچار تغییر فاز نمیشود، میتوان دمای بالای توربین را با استفاده از تنظیم متوالی جریان سیال خنککننده و دمای آن کنترل کرد. در صورت افزایش جریان، دمای سطح کاهش مییابد. این روش هم میتواند میزان جریان بازگشتی را تغییر دهد و هم دمای جریان بازگشتی را. ④دمای بالایی را با تنظیم سطح تبادل حرارتی کندانسور بالای برج، کنترل میکنند. بالا رفتن سطح مایع خنککننده، باعث افزایش سطح تبادل حرارت و کاهش دمای بالایی میشود. این روش میتواند هم میزان جریان بازگشتی و هم دمای آن را تغییر دهد. ⑤هنگامی که غلظت ماده در بخش تقطیر بالا است، میتوان از تفاوت دمای بین دو صفحه برای تنظیم دمای خروجی استفاده کرد. تفاوت دما افزایش مییابد، مقدار مایع بازگشتی بیشتر میشود و دمای بالایی کاهش مییابد.
توربین تقطیر، دستگاهی به شکل برج برای تماس گاز و مایع جهت انجام فرآیند تقطیر است که به آن برج تقطیر نیز گفته میشود. دو نوع اصلی وجود دارد: برجهای صفحهای و برجهای پرکننده. بر اساس روش عملکرد، آنها را میتوان به کولونهای تقطیر پیوسته و کولونهای تقطیر متناوب تقسیم کرد. بخار از پایه برج وارد میشود و با مایع در حال سقوط در تماس مخالف جریان قرار میگیرد. در این تماس دوفازی، اجزای فرار (با نقطه جوش پایین) موجود در مایع، به طور مداوم به سمت بخار منتقل میشوند؛ در حالی که اجزای غیرفرار (با نقطه جوش بالا) موجود در بخار، به طور مداوم به سمت مایع منتقل میشوند. هرچه بخار به سمت بالای برج نزدیکتر شود، غلظت اجزای فرار آن بیشتر میشود؛ و هرچه مایع به سمت پایه برج نزدیکتر شود، اجزای غیرفرار آن بیشتر تجمع مییابند. به این ترتیب، جداسازی اجزا انجام میشود. بخاری که از بالای توربین بالا میآید، وارد کندانسور میشود؛ بخشی از مایع تبدیلشده به حالت مایع، به عنوان مایع بازگشتی دوباره به بالای توربین وارد میشود تا در فرآیند تقطیر استفاده شود، در حالی که بخش باقیمانده به عنوان محصول تقطیر خارج میگردد. مایعی که از پایین برج خارج میشود، بخشی از آن به ریبویلر فرستاده میشود؛ پس از تبخیر تحت حرارت، بخارات دوباره به داخل برج بازمیگردند. بخش دیگر از مایع نیز به عنوان محصول باقیمانده از فرآیند، استخراج میشود.