ستون پرشده

آموزش طراحی ستون پرشده یا آکنده (packed column)

Spread the love

ستون پرشده یا آکنده (packed column) یا ستونهای packed bed به طور وسیعی در صنایع شیمیایی، نفت، گاز و پتروشیمی استفاده میشوند و عموما برای جدا کردن جز یا اجزا مشخصی از فاز گاز توسط فاز مایع و یا بالعکس، به کار میروند. در این گزارش به آموزش طراحی این تجهیز خواهیم پرداخت.

قسمت های مختلف ستونهای پرشده عبارتند از:

پکینگ ها، نگهدارنده پکینگ ها، متوقف کننده پکینگ ها، توزیع کننده مایع، توزیع کننده مجدد مایع و ستون استوانه ای

در شکل زیر، اجزای یک ستون پرشده ، قابل مشاهده است:

ستون پرشده دو مرحله ای

 پکینگ ها:

برای ایجاد سطح تماس بیشتر بین دو فاز گاز و مایع، از پکینگ ها یا آکنه ها استفاده می شود که به صورت منظم یا نامنظم درون ستون قرار می گیرند. پکینگ های منظم در مقایسه با پکینگ های نامنظم، افت فشار گاز کمتری ایجاد میکنند و البته گران تر هم هستند. در مقیاس های صنعتی پکینگ های نامنظم بیشتر استفاده می شود، لیکن چند ردیف اول را، برای جلوگیری از بسته شدن مسیر عبور گاز مایع از نگه دارنده پکینگ ها، می توان به صورت منظم چید.

موقع پر کردن ستون از پکینگ های فلزی که در اثر برخورد و فشار،  تغییر شکل میدهند، بهتر است ستون تا حدودی از آب پر شده و آنگاه پکینگ های نامنظم درون آن ریخته شود.

در مورد نوع پکینگ (آکنه)، پکینگ های راشیگ در مقایسه با پال رینگ و Saddles ارزانتر بوده ولی راندمان کمتری دارد. در پال رینگ و Saddles  توزیع مایع بهتر صورت میگیرد. پکینگ های کوچکتر از پکینگ های بزرگتر گرانتر هستند. برای ستونهای با قطر بزرگتر از پکینگ های بزرگتر استفاده می شود و برعکس. استفاده از پکینگ های بزرگتر از ۵۰mm به لحاظ راندمان کمتر انتقال جرم، کمتر توصیه می شود. استفاده از اندازه ی بزرگتر پکینگ در ستونهای با قطر کوچکتر باعث می شود تا توزیع مایع به خوبی صورت نگیرد و اگر از پکینگ های خیلی کوچک استفاده شود ممکن است افت فشار گاز خیلی زیاد شود.

در شکل زیر، انواع پکینگها را مشاهده میفرمائید:

پکینگ ستون پرشده

نگهدارنده پکینگ ها:

نگهدارنده پکینگ به منظور تحمل وزن پکینگ ها و سیالات بین آنها در ستون تعبیه می شود. و از آنجا که محل عبور گاز و مایع هم می باشد، در قرار دادن پکینگ های ردیف اول باید دقت کافی صورت گیرد تا سوراخ های نگهدارنده گرفته نشود.

متوقف کننده پکینگ ها:

در شرایطی که به هر دلیلی دبی فاز گاز زیاد شود امکان شکستن پکینگ های شکننده مانند پکینگ های سرامیکی و جابجایی پکینگ های سبک و حرکت آنها به سمت بالا و مسدود کردن مواضع ورودی مایع و خروج گاز وجود دارد. در این حالت بهتر است روی سطح بالایی پکینگ ها صفحه ای تعبیه شود، به طوری که از حرکت و جابجایی پکینگ ها جلوگیری کند. سوراخ متوقف کننده ها باید در حدی باشد که خود باعث افزایش افت فشارگاز نشود.

توزیع کننده مایع:

توزیع کننده مایع نقش فوق العاده مهمی در راندمان ستون پرشده دارد. اگر توزیع کننده درست طراحی نشده باشد، عملا بخشی از ستون بلا استفاده بوده و محل تماس دو فاز قرار نمی گیرد. به طور کلی برای ستونهای با قطر بزرگتر از ۱٫۲ متر توصیه شده است که به  ازاء هر ۰٫۱m2  سطح مقطع، پنج نقطه ورودی برای مایع وجود داشته باشد.

در زیر نمونه هایی از انواع توزیع کننده ها را ملاحظه میفرمایید:

توزیع کننده تاور شستشو

توزیع کننده مجدد:

موقعی که از پکینگ های نامنظم استفاده میشود، تعداد پکینگ ها به ازاء واحد حجم در نزدیکیهای دیواره نسبت به قسمت درونی و مرکزی لوله کم است، لذا مایع به سمت دیواره و فاز گاز در قسمت مرکزی لوله میل به حرکت خواهد داشت. این پدیده اصطلاحا پدیده کانالیزه شدن نامیده می شود. کانالیزه شدن در ستونهایی که نسبت اندازه پکینگ به قطر ستون از یک به هشت بزرگتر باشد، بیشتر دیده می شود. در مقیاسهای بزرگ، توزیع کننده ی مجدد در واقع مجموعه متوقف کننده و توزیع کننده می باشد. در استفاده از توزیع کننده های مجدد باید دقت کافی صورت گیرد تا در اثر افزایش افت فشار گاز، طغیان موضعی صورت نگیرد. ماکزیمم ارتفاع پکینگ که نیاز به توزیع کننده مجدد خواهد داشت بستگی به نوع پکینگ مورد استفاده دارد. به عنوان یک توصیه تجربی در صورت استفاده از پکینگ راشینگ به ازاء هر سه برابر قطر ستون، یک توزیع کننده مجدد و در صورت استفادهاز پکینگ های پال و  Saddles در ارتفاع ۸ تا ۱۰ برابر قطر ستون، توزیع کننده مجدد توصیه شده است. اما با توجه به اهمیت توزیع مایع در ستون و وابستگی راندمان عملیات انتقال چرم به توزیع مایع در سرتاسر ستون و برای اطمینان از توزیع مناسب مایع حتی در صورت استفاده از پکینگ های مناسب با توزیع مایع مناسب، به ازاء هر ۷-۸ متر ارتفاع ستون یک توزیع کننده توصیه می شود.

در مطلب بعدی (http://tajhizpro.ir/%d8%b7%d8%b1%d8%a7%d8%ad%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d9%88%d8%b1-%d8%b4%d8%b3%d8%aa%d8%b4%d9%88-%d8%a8%d8%b1%d8%a7%db%8c-%d8%ac%d8%af%d8%a7%d8%b3%d8%a7%d8%b2%db%8c-%d8%a2%d9%85%d9%88%d9%86%db%8c%d8%a7%da%a9/) نحوه محاسبه قطر و ارتفاع پکینگ مورد نیاز برای رسیدن به جداسازی مطلوب در ستون پرشده خواهیم پرداخت.