برج تقطیر: آشنایی با انواع و عملکرد آن در صنایع مختلف
برج تقطیر (Distillation Column) یکی از اصلی‌ترین تجهیزات در فرآیند جداسازی سیالات است که در بسیاری از صنایع شیمیایی، نفت و پتروشیمی و همچنین فرآوری گازهای طبیعی به کار می‌رود. این برج‌ها به وسیله تفاوت در نقطه جوش اجزای یک مخلوط، آن‌ها را از یکدیگر تفکیک می‌کنند. در این مقاله از پاوان، به معرفی انواع برج‌های تقطیر، اجزای سازنده آن‌ها و کاربردهای مختلف برج تقطیر در صنایع مختلف خواهیم پرداخت.
برج تقطیر چیست؟
برج تقطیر (Distillation column) که به آن برج جداسازی نیز گفته می‌شود، ابزاری کلیدی برای جداسازی اجزای یک محلول بر اساس تفاوت در فراریت و نقاط جوش آن‌هاست. این تجهیزات در صنایع مختلفی مانند نفت و پتروشیمی، فرآوری گاز طبیعی، تولید حلال‌های هیدروکربنی و جداسازی هوای مایع نقش اساسی دارند.
یکی از مهم‌ترین کاربردهای برج تقطیر در پالایش نفت خام است، جایی که هیدروکربن‌های مختلف بر اساس میزان فراریت خود به صورت تدریجی و مرحله‌به‌مرحله از یکدیگر تفکیک می‌شوند.
مطالب مرتبط: بویلر صنعتی چیست؟ کاربرد و مزایای بویلرها برای صنایع
انواع برج تقطیر
برج‌های تقطیر از تجهیزات کلیدی در صنایع شیمیایی و پالایش نفت هستند که برای جداسازی مخلوط‌های مایع به اجزای تشکیل‌دهنده‌شان بر اساس نقطه جوش استفاده می‌شوند. انواع مختلف برج تقطیر عبارت‌اند از:
برج تقطیر ساده (Simple Distillation Column)
برج تقطیر ساده برای جداسازی مخلوط‌هایی که اجزای آن‌ها اختلاف نقطه جوش زیادی دارند استفاده می‌شود. این نوع برج معمولاً در فرآیندهای آزمایشگاهی و برای جداسازی‌های ابتدایی کاربرد دارد. ساختار این نوع برج تقطیر ساده است و شامل یک ستون عمودی، کندانسور و جمع‌کننده محصول است.
برج تقطیر سینی‌دار (Tray Distillation Column)
این برج شامل تعدادی سینی افقی است که بین بخار و مایع تماس ایجاد می‌کند تا فرآیند جداسازی بهبود یابد. انواع سینی‌ها شامل سینی حبابی، غربالی و دریچه‌ای هستند که بسته به نیاز فرآیند انتخاب می‌شوند. این نوع برج در صنایع نفت، پتروشیمی و تولید محصولات شیمیایی پرکاربرد است و برای مخلوط‌های پیچیده مناسب است.
برج تقطیر پُر شده (Packed Distillation Column)
در این نوع برج به جای استفاده از سینی، از مواد پُرکننده مانند حلقه‌های سرامیکی یا فلزی استفاده می‌شود تا سطح تماس بین بخار و مایع افزایش یابد. برج پُر شده در جداسازی مخلوط‌هایی با اختلاف نقطه جوش کم و در شرایطی که نرخ جریان پایین است کاربرد دارد.
برج تقطیر با فشار پایین (Low-Pressure Distillation Column)
این برج برای جداسازی موادی استفاده می‌شود که در دماهای بالا تخریب می‌شوند. با کاهش فشار داخل برج، نقطه جوش مواد کاهش یافته و فرآیند جداسازی بدون آسیب به ترکیبات حساس انجام می‌شود. این برج معمولاً در صنایع دارویی و شیمیایی استفاده می‌شود.
برج تقطیر تحت خلأ (Vacuum Distillation Column)
این نوع برج نیز برای مواد حساس به حرارت استفاده می‌شود اما در شرایط خلأ کامل عمل می‌کند. در پالایشگاه‌ها، برج تقطیر تحت خلأ برای جداسازی ترکیبات سنگین نفت خام که در دماهای بالا تجزیه می‌شوند بسیار کاربرد دارد.
برج تقطیر چند جزئی (Fractionating Column)
این برج برای جداسازی مخلوط‌هایی با اجزای متعدد استفاده می‌شود و فرآیند جداسازی در چندین مرحله انجام می‌گیرد. در صنایع نفت و پتروشیمی، این برج برای تولید فرآورده‌هایی مانند بنزین، گازوئیل و نفت سفید به کار می‌رود و یکی از مهم‌ترین تجهیزات پالایشگاهی است.
برج تقطیر آزئوتروپیک (Azeotropic Distillation Column)
این برج برای جداسازی مخلوط‌هایی استفاده می‌شود که یک آزئوتروپ تشکیل می‌دهند، به این معنا که نقطه جوش یکسانی دارند و جداسازی معمولی امکان‌پذیر نیست. با افزودن یک ماده خارجی به مخلوط نقطه جوش تغییر کرده و امکان جداسازی فراهم می‌شود.
برج تقطیر استخراجی (Extractive Distillation Column)
این برج برای جداسازی مخلوط‌هایی که اجزای آن‌ها نقاط جوش نزدیک به هم دارند استفاده می‌شود. در این روش، یک حلال به مخلوط اضافه می‌شود تا رفتار فراریت اجزا تغییر کند و جداسازی ساده‌تر انجام شود.
برج تقطیر انجمادی (Cryogenic Distillation Column)
این برج برای جداسازی گازها در دماهای بسیار پایین طراحی شده است. در فرآیندهای تولید گازهای صنعتی مانند اکسیژن، نیتروژن و آرگون، برج تقطیر انجمادی به دلیل کارایی بالا و توانایی جداسازی دقیق در دماهای پایین، کاربرد گسترده‌ای دارد.
مطالب مرتبط: نبشی چیست و چه کاربردی دارد؟ از انواع نبشی تا مشخصات
برج تقطیر شامل چه اجزایی می‌شود؟
برج تقطیر از اجزای مختلفی تشکیل شده که هرکدام نقش ویژه‌ای در فرآیند جداسازی ایفا می‌کنند:
خوراک برج تقطیر
خوراک برج تقطیر معمولاً شامل محلول‌هایی با اجزای مختلف است که هر یک دارای نقطه جوش متفاوتی هستند. این اجزا با توجه به فراریت‌هایشان در برج تقطیر از یکدیگر جدا می‌شوند.
پکینگ
پکینگ‌ها قطعاتی هستند که برای افزایش سطح تماس میان گاز و مایع در برج تقطیر استفاده می‌شوند. این قطعات باعث بهبود انتقال جرم بین بخار و مایع می‌شوند و در نتیجه افت فشار کمتری ایجاد می‌کنند. همچنین برای مایعات خورنده مناسب‌تر هستند. انتخاب پکینگ‌ها بستگی به شرایط مختلف فرآیند، مثل نوع خوراک، دما و فشار عملیاتی دارد.
بویلر
بویلر در پایین برج تقطیر قرار دارد و وظیفه تأمین انرژی برای تبخیر خوراک را بر عهده دارد. این دستگاه با تولید بخار سبک گرمای لازم برای تبخیر را فراهم می‌آورد و معمولاً از منابع انرژی مختلف مانند گاز طبیعی یا نفت برای تأمین انرژی استفاده می‌کند.
کندانسور
کندانسور در بالای برج تقطیر نصب شده و وظیفه تبدیل بخارهای تولید شده به مایع را دارد. این دستگاه با کاهش دما باعث تبدیل بخار به مایع می‌شود و سپس مایعات جمع‌آوری شده در مخازن جداگانه ذخیره می‌شوند.
سینی‌ها
سینی‌ها در برج‌های تقطیر سینی‌دار به‌عنوان لایه‌های افقی برای تماس بین خوراک و بخار در نظر گرفته می‌شوند. این سینی‌ها فرآیندهای کندانساسیون و تبخیر را تسهیل می‌کنند و در جداسازی اجزای مختلف با نقاط جوش متفاوت نقش دارند. طراحی و تعداد سینی‌ها بسته به نوع خوراک و محصولات مورد نظر متغیر است.
چیلر
چیلرها در برج تقطیر برای کاهش دما و تأمین انرژی حرارتی فرآیند تقطیر به کار می‌روند. این دستگاه‌ها به‌طور خاص برای خنک کردن بخارها یا دیگر فرآیندهای دما بالا در برج تقطیر طراحی شده‌اند.
راکتور برج تقطیر
راکتور برج تقطیر یکی از اجزای مهم در واحدهای تقطیر نفت و پتروشیمی است که برای بهینه‌سازی فرآیند تقطیر و تولید محصولات نفتی به‌کار می‌رود. این راکتور به‌عنوان واحد تغییر شکل عمل کرده و واکنش‌های شیمیایی خاصی را در داخل برج تقطیر انجام می‌دهد.
مطالب مرتبط: ناودانی چیست و انواع آن کدامند؟ از مشخصات تا جدول اشتال
سخن آخر
برج تقطیر به عنوان یک ابزار کلیدی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، نقش مهمی در جداسازی و تصفیه مواد ایفا می‌کند. این تجهیزات با بهره‌گیری از تکنولوژی‌های نوین و طراحی‌های مختلف، به صنایع مختلف این امکان را می‌دهند تا فرآیندهای جداسازی را به صورت بهینه و با دقت بالا انجام دهند.
شناخت انواع برج‌های تقطیر و اجزای آن‌ها، می‌تواند به مهندسان و کارشناسان این حوزه کمک کند تا انتخابی صحیح و کارآمد داشته باشند و از عملکرد بهتر سیستم‌های صنعتی بهره‌مند شوند.