(Takas) Hava ayırma düzenli dolgu malzemelerinin performansı ve özellikleri tanıtımı

Thread Content

Düzenli dolgu maddeleri, yüksek yüzey alanına, düzenli bir yapıya, düşük boşluk oranına ve akış hızına, düşük basınç düşüşüne ve geniş işletim esnekliğine sahip olma gibi avantajlara sahiptir. Doldurucu kulesinin çapı arttıkça, doldurucu yapısının optimize edilmesi, yüksek verimlilik, düşük basınç düşüşü ve yüksek akış kapasitesine sahip çeşitli özelliklerde ve malzemelerden yapılmış doldurucuların geliştirilmesi, kule doldurucuları ile kule iç bileşenlerinin optimal şekilde eşleştirilmesi ve doldurucu katmanındaki sıvının akışı ve dağılımı konularına daha fazla önem verilmektedir. 1960’lardan sonra geliştirilen tüp şeklinde dalgalı dolgu maddeleri ve plaka şeklinde dalgalı dolgu maddeleri, günümüzde en yaygın olarak kullanılan düzenli dolgu maddeleridir. Modern düzenli dolgu malzemeleri için öncelikle Sulzer şirketi tercih edilmelidir. 1960’larda şirket, metal tel dalgalı dolgu malzemeleri geliştirdi; 1977’de plaka tipi dalgalı Mellapak dolgu malzemelerini piyasaya sürdü ve 1994’te ise yenilikçi yapısı ve çok kanallı özellikleriyle Optiflow dolgu malzemesini geliştirdi. Bu durum, düzenli dolgu malzemeleri üzerine yapılan araştırma ve geliştirme çalışmalarının hâlâ devam ettiğini göstermektedir. Japon Mitsubishi Corporation tarafından piyasaya sürülen Mc-pak dolgu maddeleri, çoğunlukla Mellapak dolgu maddesinden esinlenerek üretilmiştir. Son yıllarda İsviçre’deki KUHNI şirketinin Rombopak dolgu maddesi ve Almanya’daki RASCHIG şirketinin Raschig-Superpak dolgu maddesi oldukça başarılı bir şekilde geliştirilip kullanılmıştır. Ülkemiz, 1960’lı yıllardan itibaren düzenli dolgu maddeleri üzerine sistemli araştırma ve geliştirme çalışmalarına başlamış olup, oldukça kapsamlı bir bilimsel araştırma ve üretim sistemi oluşturmuştur. Tianjin Üniversitesi ve İngiltere’nin Aston Üniversitesi, UnaPak adı verilen darbeli düzenli dolgu maddesini birlikte geliştirdi ； Tsinghua Üniversitesi ve Şanghay Kimya Mühendisliği Araştırma Enstitüsü sırasıyla haddeleme plaka ağı dalgalı dolgularını geliştirdi ； Sinopec Luoyang Mühendislik Şirketi, LH tipi düzenli doldurucuları geliştirdi. Bunlar arasında, Tianjin Üniversitesi Damıtma Teknolojileri Ulusal Mühendislik Araştırma Merkezi, yüksek verimli dolgu maddelerinin temelinde yeni ve daha verimli bir dalgalı dolgu maddesi olan çift yönlü dalgalı dolgu maddesini geliştirmiştir. Bu tür dolgu maddesinin kütle aktarımı için yüzey alanı büyüktür; gaz ve sıvı akış yolları optimize edilmiştir, yatay yayılma kapasitesi yüksektir ve tıkanma direnci, sertlik, basınç düşüşü ve geçiş kapasitesi açısından metal delikli dalga şeklindeki dolgu maddelerinden çok daha üstündür. Son yıllarda, ince kimya, petrokimya, gübre gibi sektörlerin hızlı gelişimiyle birlikte, çeşitli yeni tip kule doldurucularına ilişkin araştırmalar insanların ilgisini çekmiştir. Yüksek verimli dolgu maddelerinin geliştirilmesi ve endüstriyel uygulamaları, düzenli dolgu maddelerinin, özellikle de dalgalı dolgu maddelerinin belirgin üstünlüklere sahip olduğunu göstermektedir; mevcut dolgu maddelerinin yerine konulmasında ve bazı plaka tipi kulelerin teknik olarak yenilenmesinde önemli etkileri bulunmaktadır. Yeni tip dolgu maddelerinin geliştirilmesi ve büyük ölçekli endüstriyel uygulamaları, günümüzde uluslararası alanda kule tipi ekipmanların araştırılması ve kullanımı alanındaki önemli bir başarıdır. 1. Düzenli dolgu maddelerinde basınç düşüşü önemli ölçüde daha düşüktür. Düzenli dolgu maddelerinde gaz ve sıvı fazları membran tipi bir temas içinde bulunurken, eleme plakalı kulelerdeki fazlar kabarcık tipi bir temas içindedir; bu nedenle dolgu maddeli kulelerin basınç düşüşü, eleme plakalı kulelerinkinin sadece 1/4 ila 1/6’sı kadardır. Düzenli dolgu malzemeli kulede işletme direnci 3,5–4,2 kPa iken, tabandaki işletme basıncı sadece 35–45 kPa’dır. Alt kulede genellikle eleme plakalı kuleler kullanılır ve işletme direnci de değişmez; bu nedenle alt kulenin işletme basıncı 0,05–0,06 MPa azalır ve genellikle 0,44–0,48 MPa olur. Böylece hava kompresörünün şaft gücü %5–7 oranında azaltılabilir. 2. Düzenli dolgu maddeleri yüksek ayrıştırma verimine sahiptir. Üst kısımdaki işletme basıncı ne kadar düşükse, oksijen, azot ve argonun ayrıştırılması o kadar kolaylaşır; özellikle oksijen ve argonun ayrıştırılmasında bu durum daha belirgindir. Genellikle oksijenin çıkış oranı %1–3 oranında artabilir, argonun çıkış oranı ise %5–10 oranında artabilir. Uygulamalar göstermiştir ki, oksijen ayırma ekipmanlarında oksijenin çıkış oranı %99’un üzerine, argonun çıkış oranı ise %80’in üzerine ulaşmaktadır. Damıtma kulesinin saflaştırma verimi, büyük ölçüde kuleye giren genleşmiş hava miktarına bağlıdır; bu durum özellikle argonun saflaştırılmasını büyük ölçüde etkiler. Bu nedenle, türbin genleştiricisinin eşentropik verimliliğini ve basınç artırıcı cihazların basınç artırma oranlarını sürekli iyileştirmek, damıtma kulesinin saflaştırma verimini artırmanın anahtarıdır. 3. Düzenli dolgu maddelerinin sıvı tutma kapasitesi düşüktür. Düzenli dolgu maddeli kulelerde sıvı tutma oranı genellikle kule hacminin %1–6’sı kadardır; buna karşılık eleme plakalı kulelerde bu oran kule hacminin %8–10’u arasındadır. Düşük sıvı tutma kapasitesi, sıvının kuledeki kalış süresinin kısa olması ve işletme basınç düşüşünün az olması anlamına gelir; bu da değişken koşullarda çalışmayı kolaylaştırır. Düzenli dolgu kulesinin tasarım aralığı %40–120 olabilir. Shanggang 5. Fabrikası’nın 12000 m3/s hava ayırma ekipmanındaki düzenli doldurucularla oksijen üretimi, 9000–14000 mm3/s aralığında ayarlanabilmekte olup, işletim yükü %75–%117 arasındadır. 4. Düzenli dolgu maddesinin aralıkları geniştir; düzenli dolgu maddesinin aralık oranı %95’in üzerindedir. Elekli plaka kulesinde, delikli plakanın alanı kule kesitinin %80’ini oluşturur ve delik oranı %8–12 arasındadır; bu değerler dolgu tabakasının boşluk oranından çok daha düşüktür. Aynı yük için, dolgu kulesinin gövde çapı eleme plakalı kuleden daha küçüktür ； Genellikle kesit alanı, eleme plakalı kulelerinkinin sadece %70 civarındadır; bu da büyük oksijen üretim ekipmanları için kulenin daha küçük olmasını ve böylece taşınmasını kolaylaştırır. 5. Cihazın başlatılma süresi büyük ölçüde kısalır. Oksijen üretim ekipmanlarının başlatılma sürecinde herhangi bir ürün elde edilmez; bu nedenle başlatma süresini kısaltmak, enerji tasarrufu ve tüketimi azaltmanın yollarından biridir. Oksijen üretim ekipmanlarının başlatılma süresi, genleştiricinin çalıştırılmasından oksijenin elde edilmesine kadar geçen süreyi ifade eder. Üst kulede düzenli doldurucular kullanıldığında, normal damıtma işlemi sırasında tutulan sıvı miktarı büyük ölçüde azalır ve bu da oksijen üretim ekipmanlarının başlatılma süresini önemli ölçüde kısaltır. Genellikle başlatma süresi sadece 26–30 saat gerekmektedir. 6. Argon fraksiyonundaki oksijen oranı yaklaşık %90 civarındadır. Bu oranı doğrudan 1–2×10-4% seviyesine düşürmek için düşük sıcaklıkta damıtma yöntemi kullanılmalıdır; bu amaçla damıtma kulesinde yaklaşık 180 teorik plaka gerekmektedir, eleme plakalı kulelerde ise yaklaşık 300’den fazla plaka gerekir. Direnç yaklaşık 100 kPa seviyesindedir; bu durumda ham argonun kuleden dışarı atılması mümkün değildir. Düzenli dolgu malzemeleri için ise yükseklik yaklaşık 45 m olmaktadır. Direnç sadece 14–16 kPa olduğundan, tam damıtma yoluyla argon üretimi mümkün hale gelmiştir.