تقطیر مداوم

امروزه به‌علت اقتصادی بودن مداوم در تمام عملیات پالایش نفت از این روش استفاده می‌شود. در تقطیر مداوم برای یک نوع خوراک مشخص و برش‌های تعیین شده شرایط عملیاتی ثابت بکار گرفته می‌شود. بعلت ثابت بودن شرایط عملیاتی در مقایسه با تقطیر نوبتی به مراقبت و نیروی انسانی کمتری احتیاج است. با استفاده از تقطیر مداوم در پالایشگاه‌ها مواد زیر تولید می‌شود:

گاز اتان و متان به‌عنوان سوخت پالایشگاه، گاز پروپان و بوتان به‌عنوان گاز مایع و خوراک واحدهای پتروشیمی، بنزین موتور و نفت‌های سنگین به‌عنوان خوراک واحدهای تبدیل کاتالیستی برای تهیه بنزین با درجه آروماتیسیته بالاتر، حلال‌ها، نفت سفید، سوخت جت سبک و سنگین، نفت گاز، خوراک واحدهای هیدروکراکینگ و واحدهای روغن‌سازی، نفت کوره و انواع آسفالتها.

• تقطیر

تقطیر یک فرایند فیزیکی برای جداسازی اجسام با دمای جوش متفاوت است. برای پی بردن به این که فرایند تقطیر چگونه انجام می‌گیرد باید به رفتار محلول‌ها هنگام جوشیدن و متراکم شدن توجه کرد.

محلول‌هایی با نسبت‌های متفاوت از دو ماده را می‌گذاریم تا در دمای جوش با بخار خود به تعادل درآیند. سپس ترکیب فاز مایع و فاز بخار را اندازه می‌گیریم و نمودار تغییر درصد مولی هریک از فاز مایع و فاز بخار را در دماهای مختلف رسم می‌کنیم.

مختصات y هر نقطه بر روی منحنی نمایانگر دمای جوش محلولی است که ترکیب درصدآن با مختصات x دراین نقطه داده می‌شود. در آزمایشگاه برای جداسازی مایعات فرار، اغلب از دستگاه تقطیر جزء به جزء استفاده می‌شود. یک ستون تقطیر یا جداسازی شامل یک استوانه عمودی حاوی دسته‌ای از بشقابک‌ها، یا حلقه‌های فولادی زنگ‌نزن، گلوله‌های شیشه‌ای و یا تکه‌های سرامیک می‌باشد. که این مواد دارای سطح ویژه گسترده‌ای بوده و تماس خوبی را بین مایع - بخار در طول واحد تقطیر ممکن می‌سازند. در بالای ستون یک مبرد و در پایین آن یک واحد تبخیر کننده به نام بازجوشان reboiler قراردارد.

بالای ستون چون از منبع گرمایش دورتر است سردتر از پایین ستون می‌باشد و ترکیب درصد مایع و بخار در حال تعادل در بالای ستون با ترکیب درصد مایع و بخار در حال تعادل در پایین ستون می‌باشد. بنابراین در بالای ستون درصد ماده‌ای که دمای جوش کمتری دارد بیشتراست.

در صنعت برای تقطیر در مقیاس تجارتی و جداسازی مخلوط چند ماده از برج تقطیر جزء به جزء مانند آن چه که دراینجا ملاحظه می‌نمایید استفاده می‌شود. در هر طبقه از برج از بشقابی حبابی مانند () به کار رفته‌است. با اجرای مراحل گوناگون تقطیر نفت خام به فراورده‌های سودمندی تفکیک می‌شود. و بر مبنای دمای جوش خود از ترازهای مختلف برج خارج می‌شود.

[ویرایش] دید کلی

نفت خام حاصل از چاه دارای مواد ناخواسته از قبیل آب و جامداتی مانند شن، قیر و گازهای متان و اتان می‌باشد. برای جداسازی اینگونه عوامل آن‌را وارد مخازنی می‌کنند تا جامدات موجود در آن ته‌نشین شده و گازهای آن خارج شود. سپس وارد جداساز سانتریفوژی شده که نقش آن جدا کردن تتمه آب، گاز و جامدات معلق در آن می‌باشد برای حذف نمک‌های معدنی، نفت را با آب ولرم می‌شویند. آنگاه قسمتی از نفت توسط لوله به پالایشگاه فرستاده شده و قسمتی جهت صدور به بنادر تلمبه می‌شود.

[ویرایش] تقطیر

برای تفکیک برش‌های متشکله نفت خام عملیات فیزیک و شیمیایی چندی بر روی آن به عمل می‌آورند تا فرآورده‌های مورد نیاز جامعه امروزی را تولید نمایند. از مهم‌ترین آنها تقطیر جز به جز نفت و استخراج [4] می باشد. تقطیر جز به جز عبارت است از یکسری تبخیر و تبرید که در سینی‌های یک برج استوانه‌ای صورت می‌گیرد. مایعات خالص در فشار محیط در دمایی به جوش می‌آیند که در آن دما فشار بخار آن برابر فشار محیط گردد. مایعات مخلوط در حدود دمایی که حاصل جمع فشارهای جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوش می‌آید.

در نقطه جوش فازهای بخار و مایع در حال تعادل می‌باشند. چنانچه فشار کاهش یابد تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس تبرید اتفاق می‌افتد. از فشار بخار برای محاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می‌شود. وقتی که اجزا تشکیل دهنده یک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکت می‌کند ترکیبات فرارتر مایع برگشت کننده به سمت پایین سرازیر است برخورد کرده و غلیظ‌تر می‌شود.

[ویرایش] انواع تقطیر

1. تقطیر در فشار محیط: در این روش، فرآیند تقطیر در فشار محیط صورت می‌گیرد.
2. تقطیر با بخار آب: وقتی که تقطیر در مجاورت بخار ماده مخلوط نشدنی صورت می‌گیرد. فشار بخار یکی تحت تأثیر دیگری قرار نگرفته و مخلوط در دمایی که مجموع فشارهای جزئی آنها برابر فشار محیط گردد تقطیر می‌شود.
3. تقطیر در خلاء: در این روش فرآیند تقطیر در خلاء (در فشار ۴۰ میلیمتر جیوه) صورت می‌گیرد.
4. تقطیر در خلاء و بخار: این روش با انتقال گرما توسط بخار آب و با استفاده هم‌زمان از پمپ خلا جهت کاهش فشار کلی صورت می‌گیرد. بطور کلی این روش دارای اشکالاتی بوده و از آن زیاد استفاده نمی‌شود.
5. تقطیر در فشار: این روش برعکس تقطیر در خلا بوده و باعث می‌شود که فرایند تقطیر در دمای بیشتری نسبت به آن در فشار محیط صورت گیرد و دمای بالاتر باعث گسسته شدن مولکول‌های نفت گردیده و ترکیب آنها را تغییر می‌دهد.

روشهای جدید تقطیر: این روشها شامل یک یا دو مرحله تقطیر در فشار محیط بوده که توسط تقطیر با بخار همراه می‌شود.

در تقطير نياز به حلال نيست و فاز جامدي هم در تقطير ايجاد نمي شود . در ضمن تقطير براحتي دردما و فشار مناسسب انجام پذير است و براحتي بصورت چند مرحله اي در مي آيد ولي عملاًبه حرارت زياد دارد و تلاف حرارت آن هم زياد است . عمل تقطير بر اساس فراريت نسبي انجام مي شود و از آنجا كه تقطير بر مبناي انتقال جرم صورت مي پذيرد لذا اساس تقطير بر تعادل است . طبق قرارداد در مخلوط دو جزئي AوB،A را جزء فراتر در نظر مي گيريم و مول جزئي A در فاز مايع و گاز را به xوy نشان مي دهيم تعادل در فشار و دماي ثابت در شكل روبه رو آورده شده است . خط DF در اين نمودار بيانگر حالت تعادل در دما و فشار مشخص است.

اين خط به نام خط رابط يا Tie Line معروف است . هر مخلوطي مثل E كه در منطقه دو فاز مي باشد به بخار F ومايع در حال تعادل با F يعني D تبديل مي شود كه محل E تعيين كننده مقدار نسبي دو فاز است در مورد اين خط رابطه قانون اهرمها صادق است . همانطور كه در شكل زير نشان داده شده ، ملاحظه مي گردد كه مخلوط دو جزئي در يك رنج دمايي از نقطه NتاQ مي جوشد از طرف ديگر از درس ترموديناميك به ياد داريم كه در نقطه حباب اولين حباب بخار و در نقطه شبنم اولين قطره مايع تشكيل مي شود.

ثابت=t

مايعL

L+V

p-x(bubble points)

P

 

 

 

 

X,Y

P-Y(diw points)

بخارV

نمودار هاي تعادلي بخار مايع در فشار و دماي ثابت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  : قانون دالتون

طبق قانون دالتون : دريك گاز ايده آل فشار جزئي متناسب با جزء مولي است و لذا فشار كل برابر مجموع فشارهاي جزئي است .

: قانون رائولت

طبق قانون رائولت : براي يك مخلوط ايده آل فشار جزئي به مول جزئي در فاز مايع مربوط مي شود كه در اين فشار بخار خالص جزء A مي باشد و ملاحظه مي شود كه براي سازنده اي كه غلظت آن در مخلوط زياد است صادق مي باشد .

: قانون هندي

طبق قانون هندي :  كه   ثابت هندي بوده و ملاحظه مي شود كه اين قانون براي مقادير كم و براي محلول هاي بسياز رقيق به جزء نا صادق است .

فراريت نسبي

ضريب توزيع است به صورت  تعريف مي شود فرم ساده ترش:  

طبق قرارداد جزء A به عنوان جزء فراتر در نظر گرفته مي شود مي توان نتيجه گرفت كه تقطير در صورتي امكان پذير است كه باشد و هرچه  بزرگتر ، تقطير راحت تر صورت مي گيرد . د رمورد سيستم هاي ايده آل با توجه به قانون دالتون و رائولت داريم :

به مخلوطهائي كه فشار كل آنها از مقدار پيش بيني شده توسط قانون رائولت بزرگتر باشد ، مخلوطهاي با انحراف مثبت از حالت ايده آل مي گويند .

 

شرط برقراري اين نامساوي                                       براي تبديل اين نامساوي به تساوي از ضريب فعاليت استفاده مي كنيم .

با توجه به جهت نامساوي ها مشخص مي شود كه  يا  است . براي اين مخلوطها قانون رائولت براي جزي كه داراي غلظت زياد تر است بطور تقريبي بر قرار است .

روش تقطير مخلوطهاي دو جزئي :

تقطير تعادلي يا تبخير ناگهاني يا ميعان جزئي : با نوشتن موازنه جزم حول كل سيستم در شكل زير داريم :

 

با حل همزمان اين معادله داريم:

در شرايط مطلوب  نقطه اي از تعادل است .از حل معادله فوق با رابطه تعادل ،  بدست مي آيد مطابق شكل زير مشخص است كه براي افزايش غلظت بخار بايد شيب خط  به سمت بي نهايت ميل كند ، اين حالت مربوط به نقطه P است . د راين نقطه مقدار بخار برعكس غلظت بخار بسيار كم ( ) و غلظت مايع در حال تعدل همان ** است . از طرف ديگر در همين شكل مشخص است كه براي كاهش غلظت بخار بايد شيب خط به سمت صفر ميل كند اين حالت مربوط به نقطه T است .د راين نقطه مقدار مايع بسيار كم ( ) و غلظت بخار در حال تعادل **است.

طراحي يك برج تقطير سيني دار :

با توجه به شكل زير و در نظر گرفتن پوش داريم : و با نوشتن موازه جرم حول پوش  داريم با حل همزمان دستگاه داريم  كه در يان رابطه و  مشخصات مايع و بخاري است كه باهم در تبادل جرم مي باشند . اين رابطه در حالت كلي مطالعه يك منحني است چرا كه و  ثابت نيستند و مبين رابطه تبادل بالاي ستون تقطير (بخش بالاي خوراك ) مي باشد . در صورت تساوي گرماي نهاي تبخير اجزاؤ خالص و صرفنظر كردن از افت حرارتي در طول برج مي توان فرض كرد كه جريانهاي مولي در طول برج ثابت مي باشند :

م چنانچه ، مايع برگشتي در نقطه حباب شده  بوده و داريم : كه در اين رابطه R نسبت مايع برگشتي مي باشد .

به اين ترتيب با توجه به توضيحات فوق داريم :  

معادله اخير معرف خط تبادل بالا برج است . اين خط از نقاط و  گذشته و داراي شيب  مي باشد . بطور مشابه و با نوشتن موازنه جرم كلي و جزئي بريا بخش پاييني برج معادله خط تبادل پايين به صورت زير خواهد شد .

 

كه اين خط از نقطه(  ) گذشته و داراي شيب  مي باشد . درشكل زير خط تبادل بالا و پايين رسم شده است . نقطه تقاطع اين دو خط محل ورود خوراك سات . براي محاسبه تعداد سيني هاي ايده آل يك برج تقطير مداوم دو روش وجود دارد : (1) روش تقريبي و سريع مك كيب-تيل و به كمك نمودار XY (2) روش دقيق پانچون- ساواريت و به كمك نمودار HXY روش مك كيب –تيل : فرضهاي اين روش تقريبي و سريع عبارتند از (الف) گرماي نهان تبخير مولي اجزاء برابر فرض مي شود (ب) افت حرارتي وجود ندارد (ج) در اثر اختلاف حرارتي ايجاد نمي شود .

با انجام اين فرضيات همانطور كه مورد خط تبادل بالا هم مشاهده شد ، مقادير LوV دربالا و پايين برج ثابت مي شود . همچنين در صورتي كه  ،  نباشد خطاي اين روش زياد شده و اين روش قابل استفاده نيست . دراين روش منحني تعادل و خطتبادل در مختصات xy رسم شده و از رسم پلكان بين منحني تعادل و خطوط تبادل بالا و پايين تعداد مراحل ايده آل بدست مي آيد

نظرات شما عزیزان: