از نحوه کارکرد تا محصولات برج تقطیر

برج تقطیر

برج تقطیر چیست؟

برج جداسازی یا برج تقطیر ابزاری جهت جداسازی اجزای یک محلول است. درحقیقت برج تقطیر اجزای سازنده یک محلول را براساس فراریت، اختلاف نقطه جوش از همدیگر جدا می کند. برج تقطیر صنعتی به صورت گسترده در صنایع نفت و پتروشیمی، فرآیند گاز طبیعی، فرآیند قطران زغال‌سنگ، تخمیر، جداسازی هوای مایع، تولید حلال ‌های هیدروکربنی و صنایع مشابه استفاده می شود. یکی از اصلی ترین کاربردهای برج تقطیر به صنعت نفت خام برمی گردد به طوری که برای جداسازی هیدروکربن های مختلف براساس میزان فراریت استفاده می شود. 

درباره برج تقطیر

اجزای اصلی برج تقطیر:

نازل:

محل اتصال لوله های ورودی و خروجی به برج تقطیر را نازل می گویند. 

رفلاکس درام: 

این بخش نوعی مخزن است که جهت جمع آوری محصولات سرد شده در بالای برج تقطیر استفاده می شود. محصول اولیه ورودی به مخزن رفلاکس مایع یا مخلوطی از مایع و بخار می باشد، درصورتی که کندانسور جزئی باشد محصول نهایی مخلوطی از بخار و مایع خواهد بود. 

درصورتی که کندانسور کامل باشد محصول به صورت مایع وارد مخزن خواهد شد. مقداری از مخزن رفلاکس به عنوان رفلاکس یا جریان برگشتی به برج برمی گردد. به حالتی که همه مایع به برج بر میگردد و هیچ محصولی از بالای برج دریافت نشود.

انواع جداسازها:

از انواع جداسازها برای فازهای مختلفی در مخلوط شدن استفاده می شود. عامل جداسازی فازهای مایع از همدیگر اختلاف دانسیته مواد می باشد. 

ریبویلر ها یا جوش آورها:

از این تجهیزات برای تامین بخار و حرارت موردنیاز در انتهاب برج تقطیر استفاده می شود. اکثر ریبویلرها از نوع مبدل های پوسته و لوله هستند. مایع در انتهاب ستون تقطیر گرم شده و به صورت بخار به برج برمی گردد. از بخار آب گاز و مایعات دیگر به عنوان ماده واسطه استفاده می‌شود.

پمپ:

از این بخش برای انتقال مایع به ارتفاع زیاد و مایعات با وسکوزیته بالا استفاده می شود. 

آشنایی اولیه با دستگاه‌های برج تقطیر:

در پالایشگاه ها عملکرد برج تقطیر بسیار حائز اهمیت است. به طورکلی برج تقطیر در پالایشگاه ها در دودسته قرار می گیرند که شامل:

مدل های اول نوع سینی دار هستند که تنها در آنها یک عمل جداسازی عناصر صورت می پذیرد. این مدل به خودی خود به دو روش مستقیم و غیرمستقیم فعالیت خود را انجام می دهد. درحقیقت برج های تقطیر براساس عملکرد و نحوه انجام پروسه تقطیر از همدیگر متمایز می شوند. 

البته دسته‌ بندی‌ های دیگری نیز برای این دستگاه وجود دارد.

اجزای تشکیل دهنده برج تقطیر

شرح فرآیند برج تقطیر:

یکی از پرمصرف ترین بخش های فرآیند جداسازی مربوط به عملیات تقطیر است. یک برج تقطیر در واحد شیمیایی می تواند حدود ۴۰ درصد از انرژي مصرفی بخش را به خود اختصاص دهد. برج های تقطیر و تعداد سینی های موجود در آن براساس نوع محلول و میزان فراریت اجزای سازنده طراحی خواهند شد، پس فطر این برج ها در صنایع شیمیایی و پالایشگاه ها از ۶۵ سانت تا ۶ متر است و ارتفاع آنها می تواند بین ۶ تا ۶۰ متر متغیر باشد. 

برج های تقطیر صنعتی غالبا به صورت پیوسته کار خواهند کرد، نحوه کارکرد یک برج تقطیر به این صورت است که در ابتدا خوراک که شامل مایع، گاز و یا مخلوطی از مایع و گاز است، از بخش مشخصی وارد برج می شود، محل ورودی بسته به حالت فیزیکی ماده متفاوت خواهد بود. 

بعد از ورود ماده حرارت موردنیاز برای تقطیر یا جداسازی از طریق ریبویلر تامین می شود و به خوراک ورودی گرما منتقل می کند. بخار حاصله از برج بالا رفته و طی این حرکت با مایعی که از بالای برج به سمت پایین حرکت می‌کند، تماس پیدا می‌کنند.

تماس مایع با بخار روی سینی تقطیر سبب افزایش دمای مایع می شود و درنهایت منجر به انتقال دمای مایع به دمای حباب خواهد شد، زمانی که مایع به دمای حباب خود رسید، نخستین ذرات بخار شکل می گیرند. این بخار از ماده قرار با نقطه جوش کمتر غنی هستند، از طرفی زمانی که بخار بالای می رود، سرد شده و ماده ای که دمای جوش بالاتری دارد دراثر فرآیند میعان به مایع تبدیل شده و به طرف پایین برج حرکت می کند. 

مهمترین نکته ای که در یک برج تقطیر مدنظر است ایجاد سطح تماس مناسب بین فاز مایع و بخار می باشد. بدین صورت که هرچه سطح تماس بالا برود، عملیات تفکیک و جداسازی با راندمان بیشتری انجام می شود. غالبا در برج های جداسازی صنعتی برای افزایش سطح تماس بین دوفاز مایع و بخار از سینی های کلاهکی یا بشقاب های کلاهکی استفاده می شود. 

همواره سبک ‌ترین محصولات با پایین ‌ترین نقطه جوش از بالای ستون و سنگین‌ترین محصولات با بالاترین نقطه جوش از پایین برج خارج می ‌شوند.

برای بالابردن راندمان و بهبود جداسازی محصولات در برج های تقطیر صنعتی از مایع برگشتی یا همان ریفلاکس استفاده می کنند. به طورکلی بخاری که کندانس شده است به مایع مبدل خواهد شد. مجموعه به برج برمی گردد تا عملیات انتقال جرم و جداسازی بیشتر صورت بگیرد. 

در داخل برج مایع ریفلاکس از سمت بالای ستون به طرف پایین حرکت کرده و بخارهایی که به طرف بالا حرکت می کنند را خنک کرده و کندانس می کند. 

شرح فرآیند برج تقطیر

از برج‌ تقطیر چه چیزهایی به دست می‌ آید؟

شاید برای شما هم سوال شده باشد که از یک برج تقطیر چه چیزی حاصل می شود؟ اصلا چرا از این دستگاه در صنایع متفاوت استفاده می کنند؟ چرا برخی از شرکت های و آزمایشگاه ها تا این اندازه برای تهیه یک مدل باکیفیت و استاندارد حساس شده اند و به راحتی زیر بار هر برج تقطیری نمی روند. 

در این مورد باید اشاره شود که از جمله مهمترین محصولات خروجی برج های تقطیر شامل موارد زیر خواهند بود: 

گوگرد:

سولفور یا همان گوگرد که عدد اتمی آن برابر با ۱۶ می باشد یکی از مهمترین و کلیدی ترین موادمعدنی محسوب می شود که در رنگ های گونان عرضه می شود. از این ماده جهت ساخت کبریت، ملین و باروت و همین‌طور حشره‌کش استفاده می شود. شاید برای شما هم جالب باشد که گوگرد برای ساخت انواع متریال های مقاوم فلز و استیل بادوام مانند ۳۰۴ تا استنلس و ۴۳۰ استفاده می شود. 

از جمله مواردی که می توان از گوگرد استفاده کرد شامل موارد سولفوریک اسید، کبریت و لوازم آتش‌بازی، باتری، ماده ضد خشکی، لوازم زیبایی و آرایشی، صابون، ازبین‌برنده قارچ پوستی و میخچه، ماده جوشکاری لاستیک و... می باشند. یکی از محصولات اصلی برج های تقطیر گوگرد است. 

کوک نفتی:

یکی از مهمترین مواد برای ساخت انواع لوازم و الکترود و آند در صنایع آلومینیوم و فولاد کوک نفتی است، در چند سال اخیر ساخت این ماده در ایران صورت می گیرد که یکی از مهمترین طرح های دانش بنیانی بر پایه برج تقطیر می باشد. در تولید کوک یا کک از ته ماده های برج تقطیر استفاده می کممئ. 

ماده اولیه وکیوم باطوم پالایشگاهی است و در نهایت این ماده به محصولات نفتی نظیر گاز مایع، نفت گاز و نفت تبدیل می‌شود. در حال حاضر این ماده کلیدی و مهم در حجم ۱۵ میلیون تن تولید می‌گردد.

آسفالت و قیر:

حتما با نام قیر آشنایی دارید این ماده اصلی و متریال مهم به شکل خمیر سیاه رنگ دیده می شود که از مواد نفتی تولید شده و از طریق برج تقطیر ته نشین خواهد شد. 

قیر از یک هیدروکربن متراکم ساخته می شود که حالت چسبناکی دارد، همچنین برای ساخت این ماده لازم است آثار و باقی‌مانده‌ها از تقطیر جز به جز و مرحله نهایی ته‌نشین شود، پس قیر از ته نشین شدن مواد حاوی نفت خام شکل می گیرد که لازم است ساختار آن به دو روش اجرای مستقیم و یا دمیدن هوا کنترل شود. قیر دارای ۱۱ درصد هیدروژن، ۸۷ کربن و ۲ اکسیژن می باشد. 

روغن نفتی:

یکی از موادمهمی که در مکانیزم برج تقطیر ایجاد می شود روغن می باشد. این ماده هم از جمله مهمترین و کلیدی ترین مشتقات پتروشیمی است که برای تولید آن به سیستم برج تقطیر احتیاج خواهد بود. از روغن نفنتی در خودروها استفاده می شود و ترکیب آن شامل الکل سولفات، الکل اتر سولفات، نمک‌های آمونیوم و سایر مواد می باشد. 

محصولات برج تقطیر

گازوئیل:

این ماده در مرحله جدا، تبدیل و تصفیه ایجاد می شود و یکی از اصلی ترین برش های نفت خام را تشکیل می دهد.

بنزین:

یکی دیگر از اجزای مهم به دست آمده از برج تقطیر که ارزش زیادی برای کشورهای مختلف دارد؛ بنزین می باشد.

پالایشگاه ها برای تولید باکیفیت این ماده حساسیت زیادی به خرج می دهند، همین موضوع سبب شده دسته بندی های گوناگونی از بنزین در بازار وجود داشته باشد. دربرخی از خودروها توان پذیرش نمونه بی کیفیت وجود ندارد درنتیجه در سیستم موتوری آنها اختلال ایجاد خواهد کرد. همه چیز در نهایت بازمی‌گردد به برج تقطیر و کیفیت کار آن.

نفت سفید:

این ماده که تحت عنوان نفت چراغ هم شناخته می شود یکی از مهم ترین مواد تولید شده در سیستم برج های تقطیر است. این ماده هم ساختار هیدروکربنی شفافی داشته و باید بدانید که در فرایند تقطیری که روی آن صورت گرفت، اولین‌بار زکریای رازی بود که روش تولید آن را ابداع کرد. در حقیقت این ماده یکی از مهمترین کشفیات ایرانیان محسوب می شود که در زمینه حوزه های نفتی قرار می گیرد. 

باید اشاره کرد ممکن است مواد دیگری هم از برج های تقطیر به دست بیایند، اما درنهایت هدف بیشتر خروجی های مربوط به صنایع پتروشیمی و صنعتی می باشد. 

گردآوری: بخش علمی سرپوش