دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

طراحی مفهومی برج های تقطیر

چکیده

فرآیندهای شیمیایی در صورتی که به فرآیندهای کوچکتر تقسیم شوند بسیار قابل درک تر خواهند بود، به عنوان مثال داگلاس یک فرایند جداسازی را به سه فرآیند کوچکتر: سیستم واکنشی (راکتور)، سیستم جداسازی مایع و سیستم بازیابی گاز تقسیم نمود. هرکدام از سیستم های کوچکتر نیز دارای پیچیدگی های خاص خود را دارا هستند و با شکستن هرکدام از این سیستم های کوچکتر می توان به اجزاء موجود درون سیستم رسید و به بحث و نظریه پردازی در مورد چگونگی طراحی آنها پرداخت.

به طور کلی یکی از مهمترین پارامترهای طراحی را می توان بحث اقتصادی طراحی در کنار کارائی عملیاتی تجهیزات دانست. به عنوان مثال گزینش پذیری (Selectivity) با کاهش میزان تبدیل (Conversion) در یک راکتور افزایش می یابد، اما همانگونه که مشخص است یک طراح نمی تواند از یکی از فاکتورها در مقابل دیگری صرفه نظر کند لذا هنر طراحی در برقراری ایده آل ترین حالت است که کمترین هزینه و بیشترین سود را به ارمغان بیاورد. لذا برای ایجاد یک فرآیند بهینه و قابل رقابت نیاز است که تاثیر تک تک پارامترهای طراحی در قیمت فرآیند محاسبه شوند و کلیه نمودارهای جریان (Flow sheets) احتمالی مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور می بایست از متدهای طراحی بر مبنای فرمول که ساده و دقیق هستند استفاده نمود و ممکن است محاسبات بارها توسط کامپیوتر انجام شود بدون اعلام خطایی در فرآیند در عین طراحی مفهومی بسیار ضعیف لذا توجه به جزئیات و استفاده از قوانین سرانگشتی اهمیت بسزایی دارد. آخرین نکته مهم اینست که طراحی اولیه ضعیف هزینه بیشتری را جهت اصلاح در مرحله طراحی اصلی می طلبد، قانون سرانگشتی در این زمینه می گوید که هر دلار هزینه شده در اصلاح طراحی اولیه در مرحله نمودار جریان 10$ هزینه دارد، در مرحله طراحی با جزئیات 100$، 1000$ بعد از ساخت فرآیند و 10000$ در صورت شکست خوردن و جواب ندادن فرآیند. در مطالب مطرح شده سعی شده تا به صورت اجمالی به بررسی طراحی سیستم تقطیر چه از لحاظ عملیاتی و چه از لحاظ اقتصادی پرداخته شود.

مقدمه

تقطیر روشی است برای جداسازی اجزای یک محلول، براساس قابلیت توزیع مواد بین فازهای گاز و مایع، وقتی که تمام اجزا در هردو فاز موجود باشند. در اینجا برخلاف عمل جذب یا دفع گازی، که در آنها ماده جدیدی به منظور ایجاد فاز دوم به مخلوط اضافه می شود، فاز جدید به وسیله تبخیر یا میعان از محلول اولیه تشکیل می شود.

برای روشن شدن تفاوت بین تقطیر و سایر عملیات، به ذکر چند مثال می پردازم. در جداسازی آب و نمک معمولی، چون نمک در شرایط موجود کاملا غیر فرار است باقی می ماند و آب تبخیر می شود. این عملیات تبخیر نام دارد. و اما تقطیر جداسازی محلول هایی است که تمام اجزا آن فراریت نسبی داشته باشند. از این دسته، جداسازی اجزی محلول مایعی از آمونیاک و آب را در نظر بگیرید. همانگونه که می دانیم وقتی محلول آمونیاک – آب را در مجاورت هوا (که اساساً در مایع نامحلول است) قرار دهیم، آمونیاک دفع می شود اما به دلیل مخلوط بودن با بخار آب و هوا خالص نیست. به عبارت دیگر، با حرارت دادن، می توانیم محلول را به طور جزئی تبخیر کنیم به طوری که فاز گازی شامل آب و آمونیاک تشکیل گردد و از آنجایی که فاز گاز، نسبت به مایع باقی مانده، از نظر آمونیاک غنی تر است، مقداری جداسازی صورت می گیرد. با دستکاری مناسب فازها یا تکرار تبخیر و میعان، می توان به طور معمول هردو جزء مخلوط را به صورت خالص کاملاً جدا کرد.

مزایای چنین روش جداسازی ای روشن است. در عمل تقطیر، فاز جدید از جهت ارزش گرمایی با محلول اولیه تفاوت دارد؛ ولی دادن یا گرفتن حرارت به راحتی صورت می گیرد که البته هزینه انجام این عمل باید همیشه در نظر گرفته شود. به عبارت دیگر، در عملیات جذب یا دفع، که با افزودن یک ماده خارجی همراه است، محلول جدیدی به دست می آید که به نوبه خود باید به وسیله یکی از عملیات انتقال جرم جداسازی شود مگر اینکه محلول جدید مستقیماً قابل استفاده باشد.

تقطیر نیز، به عنوان یک فرآیند جداسازی، به نوبه خود محدودیت های ویژه ای دارد. در جذب یا عملیات، که در آن یک ماده خارجی برای ایجاد فاز جدید جهت توزیع اجزاء استفاده می شود، می توان حلالی را انتخاب کرد که بیشترین جداسازی را فراهم کند؛ مثلاً، چون آب برای جذب هیدروکربورهای گازی از یک مخلوط گازی مناسب نیست، به جای آن می توان از یک روغن هیدروکربوری که حلالیت بهتری داشته باشد استفاده کرد. ولی در تقطیر چنین آزادی انتخابی وجود ندارد. با به کار بردن حرارت در تقطیر، به تنهایی، گاز ایجاد شده فقط شامل اجزاء موجود در مایع خواهد بود؛ بنابراین به علت شباهت زیاد گاز و مایع از نظر شیمیایی، اختلاف غلظت ناشی از توزیع اجزاء بین دو فاز معمولاً زیاد نیست. در واقع گاهی اختلاف غلظت آنقدر کم است که فرآیند، عملاً ممکن نیست و حتی ممکن است اختلاف غلظتی وجود نداشته باشد.

با این وجود، در جداسازی مستقیم که با تقطیر نیز انجام می شود، فرآیند دیگری برای جداسازی لازم نیست و به همین خاطر این عمل یکی از مهمترین عملیات های انتقال جرم است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.