$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
זיקוק מגשים הוא טכניקה חיונית של הנדסה כימית המשמשת להפרדת תערובות תרכובות במסגרות תעשייתיות שונות. כגון מפעלים כימיים, בתי זיקוק לנפט ועיבוד גז טבעי. הזיקוק מתבצע בעמודה עם רמות רבות ושונות הנקראות מגשים. זרם הזנה נוזלי עובר דרך העמודה ולאחר חשיפה לחום מתעבה או מתאדה, מה שמאפשר להפריד את התערובת על סמך ההבדל בנדיפות. על מנת לתכנן מנגנון זיקוק חסכוני נלמדות יעילות ההפרדה של המגשים במערכת. כאן נחקור את יעילות ההפרדה של עמוד מגש מסננת המשמש להפרדת תערובת של מתנול, איזופרופנול ומים.
בעמודת זיקוק, הזנת הנוזל מוכנסת והיא זורמת כלפי מטה תוך יצירת קשר עם זרם אדים עולה. כאשר הנוזל מגיע לתחתית הוא נכנס לדוד מחדש ומתאדה ונכנס מחדש לעמוד או נשאר נוזלי ויוצא מהמערכת. הנחל היוצא הזה, שנקרא התחתית, מכיל את הרכיבים הכבדים יותר. יחס הרתיחה VB, הוא היחס בין הנוזל הממוחזר לעמודה לכמות הנוזל הנותר בתחתית. זרם האדים זורם כלפי מעלה דרך העמוד ומתעבה לפני שהוא נכנס לתוף ריפלוקס. לאחר מכן הוא מחולק לשני זרמים. התזקיק המכיל את הרכיבים הנדיפים יותר היוצאים מהמערכת, וזרם הריפלוקס המועבר לעמודה. יחס הריפלוקס, שהוא היחס בין קצב הריפלוקס לקצב התזקיק, יכול להשפיע על יעילות ההפרדה. במצב ריפלוקס מוחלט, 100% מהזרמים ממוחזרים בחזרה לעמודה. עם זאת, זיקוקים מעשיים מופעלים במצב ריפלוקס חלקי כדי להשיג הפרדה כלכלית. עכשיו בואו נסתכל על ניתוח McCabe-Thiele כדי לקבוע את מספר השלבים הדרושים להפרדה באמצעות נתוני VLE עבור שני הרכיבים. החל מהרכב התזקיק, צייר קו הפעלה עם שיפוע שווה ל- RD על פני RD פלוס אחד. החל מהרכב התחתון צייר קו הפעלה עם שיפוע שווה ל- VB ועוד אחד מעל VB. צעד במורד העלילה בין עקומת ה- BLE לקווי ההפעלה עד שתגיע לתחתית. מספר הצעדים דקות אחד לדוד מחדש שווה למספר המגשים הדרושים. כדי להעריך את היעילות, נעשה שימוש בשיטת מרפרי. יעילות המרפרי עבור מגש יחיד, EML, מתארת את השינוי בהרכב הנוזל על פני המגש חלקי השינוי מהרכב הנוזל היוצא, בהנחה שהוא נמצא בשיווי משקל עם האדים היוצאים. נצילות נמוכה על מגש קשורה לעתים קרובות לשטח פנים נמוך או למהירויות שטחיות נמוכות, מה שמאפשר למהנדסים לאתר בעיות בעמודה ולשפר את התכנון. כעת, לאחר שדנו כיצד פועלת עמודת זיקוק וכיצד יחס הריפלוקס יכול להשפיע על ההפרדה, בואו נבדוק ונדגים את ההשפעות בניסוי מעבדה.
לפני שתתחיל, הכירו את יחידת זיקוק המגש. היחידה מורכבת מעמודה המכילה שישה מגשי מסננת. מאגר ההזנה מכיל תערובת של מתנול 50 אחוז משקל, איזופרופנול 30 אחוז משקל ומים 20 אחוז משקל. אשר מופנה באמצעות משאבה למחמם ההזנה ואז לעמוד. התזקיק מהעמוד נאסף במעבה הכולל המצויד בשסתום לאיסוף הדגימות. תוף ריפלוקס, משאבת ריפלוקס ומחמם מראש משמשים לספק ריפלוקס רציף שהיחס שלו מותאם ליעילות טובה יותר. לבסוף, משאבת הדוד והתחתיות מספקות חימום של התערובת ושסתום התחתון משמש להשגת הדגימות לניתוח. רוב יחידת הזיקוק המסחרי מופעלת באמצעות ממשק גרפי. כדי להתחיל את הניסוי למצב ריפלוקס כולל, הפעל את מי הקירור ובדוק את רמת נוזל הדוד מחדש. כוונן את המפלס על ידי הוספת נוזל הזנה או הסרת נוזל כלשהו באמצעות המשאבה התחתונה. הפעל את תנור החימום הראשי ואת מחמם הרצועה. לאחר מכן, באמצעות הפקדים, הגדר את בקר טמפרטורת הדוד מחדש לידני והתאם את הפלט ל-60% לפחות. והמתינו עד שהאדי התקורה יתעבו וימלאו את תוף הריפלוקס. לאחר שתוף הריפלוקס הגיע לרמה של 50%, הגדר את בקר זרימת הריפלוקס I אוטומטית עם נקודת הגדרה של 20% והפעל את משאבת הריפלוקס. ברגע שאתה מודד את זרימת הריפלוקס בבקר, הקטן בהדרגה את נקודת ההגדרה במרווחים של 2% כל 20 עד 30 שניות עד שקצב זרימת הריפלוקס הוא 12 עד 13% מהטווח. כאשר הופעל תנור הדוד מחדש, המערכת הפעילה גם את מחמם הריפלוקס. כעת הגדר את הבקר באופן אוטומטי ותן למחמם הריפלוקס נקודת הגדרה של כ- 65 מעלות צלזיוס. ודא שרמת תוף הריפלוקס היא בסביבות 50%, ובמידת הצורך התאם ידנית את הקצב על ידי שינוי נקודת ההגדרה בבקר זרימת הריפלוקס כדי לספק רמת תוף ריפלוקס קבועה של 25 עד 75%. כאשר כל הזרימות, הרמות, הטמפרטורה וההרכבים קרובים לנקודות הקבועות שלהם ואינם משתנים באופן משמעותי במשך כשתי דקות, ניתן לומר שהמצב היציב של מצב הריפלוקס הכולל הושג.
כעת, לאחר שהמערכת הגיעה למצב יציב, בואו נעבור למצב ריפלוקס סופי. הגדר את בקר זרימת ההזנה לאוטומטי עם נקודת הגדרה של כ-120 סנטימטרים מעוקבים לדקה. לאחר מכן הפעל את משאבת ההזנה ואת מחמם ההזנה, הגדר את הבקר באופן אוטומטי ותן לו נקודת הגדרה של כ-65 מעלות צלזיוס. לאחר קביעת הגדרות ההזנה, הכנס את בקר קצב זרימת הריפלוקס למצב אוטומטי והגדר את נקודת ההתחלה של זרימת הריפלוקס לנקודת הגדרה של כ-80%. התחל למשוך את מוצר התזקיק כדי לשמור על רמת תוף הריפלוקס בין 25 ל -75%. הכנס את בקר זרימת התזקיק לאוטומטי והתאם את נקודת ההגדרה שלו מעל זרימה אפסית. התחל למשוך את מוצר התחתית כדי לשמור על רמה קבועה של 60 עד 80% בדוד מחדש. הכנס את בקר הזרימה התחתון לאוטומטי, הפעל את המשאבה התחתונה והתאם את נקודת ההגדרה לקצב זרימה מעל האפס. חזור על פעולת הריפלוקס הסופי בכשלושה יחסי ריפלוקס שונים תוך שמירה על קצב הרתיחה קבוע. זה מתבצע כדי להסתגל למצבים יציבים שונים במצב ריפלוקס סופי. כאשר כל הזרימות, הרמות, הטמפרטורה וההרכב קרובים לנקודות הקבועות שלהם ואינם משתנים באופן משמעותי, אז מגיעים למצב יציב. לאחר שמגיעים למצב יציב, פתח את שסתומי הדגימה והשתמש בבקבוקי דגימה כדי לאסוף סט אחד של שלוש עד ארבע דגימות מיליליטר של התחתית ותזקיק מוצרים בנקודות הדגימה שלהם. בעזרת פיפטה, הכנס אותה דרך החלק העליון של מיכל ההזנה כדי לאסוף דגימת הזנה. לאחר מכן, בעזרת מזרק מחט מעוקל, הכנס אותו דרך יציאת המחיצה של כל מגש כדי להשיג דגימות מגש. אבטח את הדגימות ונתח אותן באמצעות כרומטוגרף גז לאחר סיום הניסוי.
כעת, לאחר שסיימתם את הניסוי, בואו נתמקד בניתוח התוצאות. ניתוח McCabe-Thiele עבור מערכת זו מראה כי נדרשים 4.5 שלבים להפרדה. למרות שהמערכת משתמשת בשישה שלבים בתוספת הדוד מחדש. לאחר מכן, השג את חלק המסה של הדגימות באמצעות נתוני GC. החל את משוואת היעילות של מגש Murphree וחשב את היעילות של כל מגש. מגש שני היה יעיל משמעותית ממקביליו והתבוננות חזותית הראתה שהוא מוקצף מאוד. כל כך גבוה באזור הפנים. מגש מספר 1 היה מוקצף עוד יותר, אבל ניתן היה להבחין באילוץ מסוים. התנהגות זו היא תוצאה של מתח פנים נמוך לתערובת אלכוהולית. בשני המגשים העליונים, כמעט כל המים הוסרו, והשאירו אחריהם בעיקר מתנול עם מעט איזופרופנול. למגש השלישי הייתה יעילות מתנול ירודה, אשר נצפית כאשר תרכובת אחרת, מים במקרה זה, עוברת שינוי ריכוז עמוק במגש. כעת חזור על החישובים עבור כל יחס ריפלוקס כדי לקבוע את ההשפעה על הרכב התזקיק והתחתית. באופן כללי, קצב הריפלוקס הנמוך מפחית את טוהר המתנול של התזקיק. קצב ריפלוקס גבוה יותר משפר את ההפרדה בעלויות תפעול גבוהות.
לבסוף, בואו נסתכל על כמה יישומים של זיקוק סחר ומדידת יעילות מגשים בתעשייה הכימית. בתי זיקוק לנפט מפרידים נפט גולמי למספר מוצרים. זרם ההזנה הוא נפט גולמי מחומם בלחץ אטמוספרי. דלקים, כגון מזוט לספינות, סולר, נפט, נפטה ובנזין מופרדים על סמך נקודות הרתיחה שלהם ובכך אורך השרשרת. מהנדסים כימיים משתמשים ביעילות מגשים כדי לייעל את תהליכי ההפרדה של המוצרים הרצויים. כדי ליצור משקאות חריפים מזוקקים כמו וודקה או וויסקי, תערובת של מוצרי תסיסה דגנים המכונה שטיפה, שהיא 10 עד 12% אלכוהול בנפח מבושלת בדומם והאדים המתקבלים מופרדים על ידי זיקוק פשוט או מסחרי. זה מאפשר להפריד את האתנול מאלכוהולים אחרים כמו פרופנול ומים, שיש להם נקודות רתיחה גבוהות יותר.
זה עתה צפיתם בהקדמה של ג'וב לזיקוק. כעת עליך להבין את תהליך הזיקוק, כיצד להפעיל יחידת זיקוק מגש וכיצד להעריך את יעילותה. ראית גם מספר יישומים של זיקוק במסגרות תעשייתיות. תודה שצפית.
