پروژه جذب و عریان سازی گاز


فهرست مطالب
چکیده
طراحی برج های پر شده و پرکن ها
برج پرشده
اصول جذب
تغییرات دما در برج های پرشده
واجذبی یا عریان سازی
تعادلات بخار – مایع
تعادل فازهای بخار و مایع در فشارهای بالا
مایعات نامحلول – تقطیر با بخار آب
تقطیر دیفرانسیلی یا ساده
میعان دیفرانسیلی
انواع تقطیر
عمل برج تفکیک در فشار جو یا برج تقطیر ثانویه
عمل برج تقطیر در خلاء
محصولات میان تقطیر
عمل برج تثبیت کننده
عمل برج جداکننده بوتان
برج افشاننده تو خالی
مزایای سینی های کلاهک دار
عملیات ششگانه راه اندازی یک برج تفکیک
بستن اضطراری یک برج
ظروف محصول بالائی برجها با (RECIEVERS)
واحد تقطیر در خلا vacuum section
فروشوئی و استخراج
فروشویی جامدات پراکنده
تعداد مراحل ایده آلی برای پاریز متغیر
استخراج کن های برجی همزن دار
استخراج کن های سانتریفوژ
استخراج ناهمسوی سیستم های نوع II با استفاده از بازروانی
نسبت های حدی بازروانی
تعادل های فازی

چکیده
نوعی عملیات انتقال جرم به نام جذب گاز و عریان سازی ، را بررسی می کنیم.در جذب گاز ، بخار انحلال پذیری که با گاز بی اثر مخلوط شده است توسط مایعی که گاز حل شده نسبتاٌ در آن قابل حل است از مخلوط جذب میشود.حذف از گاز طبیعی یا از گاز سنتز توسط جذب در محلول نمک های قلیلیی یا آمین ها ، یکی از کاربردهای مهم تکنولوژی جذب است.شستشوی آمونیاک از مخلوط آمونیاک و هوا توسط آب مایع ، یکی دیگر از کاربردهای این تکنولوژی است.پس از جذب ، حل شده با تقطیر از مایع بازیابی میشود ، و مایع جاذب را می توان دور ریخت یا دوباره مورد استفاده قرار داد.گاهی ، حل شده ای از مایعی بر اثر تماس با یک گاز بی اثر حذف میشود این عمل را ، که بر عکس جذب گاز است ، واجذبی یا عریان سازی گاز می گویند.
یکی از وسایل رایجی که در جذب گاز و بعضی عملیات دیگر به کار می رود برج پر شده است ، که نمونه ای از آن در شکل18-1 نشان داده شده است.این وسیله متشکل است از ستون (برج)استوانه ای مجهز به : ورودی گاز و فضای توزیعی در پایین ، ورودی مایع و توزبع کننده در بالا ،خروجی گاز در بالا و خروجی مایع در پایین، و توده ای از ذرات جامد بی اثر به نام پرکن برج .

طراحی برج های پر شده و پرکن ها:
نگهدارنده پرکن ها معمولاٌ یک توری است ، با کنگره هایی که برای استحکام آن است و دارای مساحت باز بزرگی است به طوری که طغیان در نگهدارنده روی نمی دهد.مایع ورودی ، که می تواند یک حلال خالص یا محلول رقیقی از حل شده در حلال باشد و آن را لیکور رقیق می گویند ، توسط توزیع کننده در بالای پرکن توزیع میشود ، و در حالت ایده الی ، سطوح پرکن را بطور یکنواخت خیس می کند.توزیع کننده نشان داده شد ، در شکل 18-1 مجموعه ای از لوله های متخلخل است.در برج های بزرگ ، نازل های پاشش یا صفحات توزیع کننده همراه با سدهای سرریز متداول ترند.شرکت مهندسی Nutter ، برای برج های خیلی بزرگ به قطر تا (30ft)9m توزیع کننده صفحه ای با لوله های آبچکان مجزا را ساخته است.

برج پرشده
گاز حاوی حل شده ، یا گاز غنی ، وارد فضای توزیعی زیر پرکن میشود و ، به طور ناهمسو با جریان مایع ، از طریق سوراخ های ریزر پرکن به طرف بالا جریان می یابد.پرکن مساحت تماس بزرگی را بین مایع و گاز به وجود می آورد و تماس نزدیکی را بین فازها برقرار می کند.حل شده در گاز غنی توسط مایعی که تازه وارد برج شده است جذب و گاز رقیق (فقیر)از بالا خارج میشود.مایع ، در ضمن جریان رو به پایین در برج ، از حل شده غنی میشود و مایع غلیظ ، به نام لیکور غلیظ ، از طریق خروجی مایع از پایین برج خارج میشود.

تماس بین مایع و گاز:
تماس کامل بین مایع و گاز ، به خصوص در برج های بزرگ ، مشکل ترین موضوع است.مایع ، در حالت ایده ال ، به محض توزیع روی سطج بالایی پرکن ،به صورت فیلم های نازکی روی تمام سطح پرکن درتمام مسیرها به طرف پایین برج جریان می یابد.ولی ، در واقع ، فیلم ها در بعضی نقاط دارای ضخامت بیش تر و در سایر نقاط دارای ضخامت کم تری هستند به طوری که مایعبه صورت جویبارهای کوچکی جمع میشود و در امتداد مسیرهای جای گزیده در پرکن حرکت می کند.به خصوص در آهنگ های کم ، بیش تر سطح پرکن ممکن است خشک بماند یا ، در بهترین حالت ، توسط فیلم ساکن مایع پوشیده شود.این اثر را کانال سازی می گویند.کانال سازی علت اصلی عملکرد ضعیف برج های پر شده بزرگ است.
در برج های با اندازه متوسط ، اگر قطر برج حداقل 8 برابر بر قطر پرکن باشد ، کانال سازی به حداقل می رسد.اگر نسبت قطر برج به قطر پرکن کم تر از 8 به 1 باشد، مایع گرایش دارد به طرف خارج پرکن ، و به طرف پاییبن دیواره های برج جریان یابد.ولی حتی در برج های کوچک با پرکن هایی که این شرایط را برقرار می کنند، توزیع مایع و کانال سازی تاثیر زیادی بر عملکرد برج دارد.

اصول جذب:
قطر برج جذبی پر شده به آهنگ های گاز و مایع ، خواص آنها ، و نسبت دو جریان بستگی دارد.ارتفاع برج ، و از این رو حجم کل پرکن ، به مقدار تغییرات غلظت مطلوب و به آهنگ انتقال جرم برای حجم واحد پر شده بستگی دارد.لذا ، محاسبات ارتفاع برج بر مبنای موازنه مواد ، موازنه آنتالپی ها ، و تخمین ضرایب انتقال جرم و نیروی محرک انجام می شوند.

آهنگ جذب:
آهنگ جذب برای حجم واحد ستون پر شده با هر یک از معادله های زیر داده میشود در این معادله ، کسر مولی جزئی را که باید جذب شود نشان می دهند.

ضرایب تکوند ، مانند ضرایب کلی بر مبنای حجم واحد هستند . در تمام این ضرایب مساحت فصل مشترک برای حجم واحد ستون پرشده یا وسیله دیگر است . محاسبات طراحی را می توان بر مبنای ضرایب حجمی انجام داد.
ترکیب در فصل مشترک ، از این رو ، خطی با شیب از خط کارکرد رسم می شود خط تعادل را در قطع می کند . معمولا" لازم نیست ترکیباتی در فصل مشترک معلوم باشد ، اما از این رو مقادیر برای محاسبات گازهای غنی یا وقتی خط تعادل خیلی خمیده است استفاده می شود .
نیروهای محرک کلی ، که در نمودار به صورت خطوط عمودی یا افقی اند ، به سهولت تعیین می شوند . با استفاده از شیب محلی منحنی تعادل ،، ضرایب کلی را می توان به دست آورد :

جمله های ، به ترتیب ، مقاومت برای انتقال جرم در فیلم گاز و فیلم مایع هستند . وقتی ضرایب دارای مرتبه بزرگی یکسانند وخیلی بزرگ تر از 1 است ، مقاومت در فیلم مایع کنترل کننده است . یعنی ، هر تغییری در تقریبا" به همان نسبت بر و بر آهنگ جذب تاثیر می گذارد ، ولی تغییر تاثیر کمی دارد .
افزایش سرعت گاز باعث افزایش می شود اما تاثیر ناچیزی بر دارد. افزایش سرعت مایع باعث می شود مساحت فصل مشترک و احتمالا" افزایش یابند ، و در نتیجه ، زیاد می شوند .
وقتی انحلال پذیری گاز خیلی زیاد است ، مانند در آب ، خیلی کوچک است و مقاومت فیلم گاز آهنگ جذب را کنترل می کند . در گازها با انحلال پذیری متوسط ، هر دو مقاومت حائز اهمیت اند ، اما گاهی از جمله مقاومت کنترل کننده برای مقاومت بزرگ تر استفاده می شود . اغلب ، جذب در آب به عنوان نمونه ای از کنترل فیلم گاز ذکر می شود ، زیرا مقاومت در فیلم گاز تقریبا" 80 تا 90 درصد مقاومت کل را تشکیل می دهد .

تاثیر فشار
برج های جذبی اغلب تحت فشار کار می کنند تا ظرفیت و آهنگ های انتقال جرم بالاتری داشته باشند . فشار جزئی تعادلی حل شده فقط به دما و ترکیب مایع بستگی دارد ، و کسر مولی تعادلی در گاز به طور معکوس با فشار کل متناسب است .

اگر آهنگ های گاز و مایع ثابت نگه داشته شوند به طوری که خط کارکرد تغییر نکند ، افزایش فشار باعث افزایش نیروی محرک کسر مولی و کاهش تعداد واحدهای انتقال می شود . در فشار زیاد ، آهنگ مینیمم مایع کم تر است . لذا، خط کارکرد را می توان تغییر تا محصول غنی تری به دست آید و تعداد واحدهای انتقال نیز تقریبا" تغییر نکند.

تغییرات دما در برج های پرشده
وقتی گاز غنی وارد برج جذبی می شود ، دما از پایین برج تا بالای آن به طور قابل توجه تغییر می کند . گرمای جذب حل شده باعث افزایش دمای محلول می شود ، اما تبخیر حلال گرایش دارد دما را پایین آورد . معمولا" تاثیر کلی این است که دمای مایع افزایش می یابد ، اما گاهی دما در نزدیکی پایین برج از یک ماکزیمم عبور می کند .
وقتی دمای گاز ورودی نزدیک دمای مایع خروجی است و گاز ورودی اشبع است ، تبخیر حلال چندان تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، و افزایش دمای مایع تقریبا" با مقدار حل شده ای که جذب شده است متناسب است . در این حالت ، خط تعادل تدریجا" به طرف بالا خمیده می شود و های بیش تر متناظر با دمای بالاترند .
اگر گاز با دمای 10 تا 20 کم تر از دمای خروجی مایع وارد برج شود و حلال فرار باشد ، تبخیر باعث می شود مایع در پایین برج خنک شود ، و نمایه دما می تواند دارای ماکزیمم باشد . وقتی گاز خوراک اشباع است ، قله دما خیلی مشخص نیست و برای محاسبه مقادیر تعادلی در نیمه پایینی ستون ، در یک طرح تقریبی ، می توان از دمای خروجی یا ماکزیمم دمای تخمینی استفاده کرد .

واجذبی یا عریان سازی
حل شده ای که از یک مخلوط گازی جذب می شود از مایع واجذب می شود تا حل شده به صورت غلیظ تر ، و محلول جاذب بازیابی شوند . برای ایجاد شرایط مناسب تری برای واجذبی ، می توان دما را افزایش یا فشار کل را کاهش داد ، یا هر دو این تغییرات را اعمال کرد . اگر جذب در فشار زیاد انجام شود ، گاهی کسر بزرگی از حل شده را فقط با تبخیر آنی در فشار اتمسفر می توان بازیابی کرد . ولی ، برای حذف کامل حل شده ، معمولا" چندین مرحله نیاز است ، و واجذبی در برج با جریان های ناهمسوی مایع و گاز انجام می شود . از بخار آب یا گاز بی اثر به عنوان محیط عریان سازی می توان استفاده کرد ، اما بازیابی حل شده با استفاده از بخار آب ساده تر است ، زیرا بخار آب را می توان چگالیده کرد .

تقطیر
تقطیر روشی جهت جداسازی سازندگان یک محلول است که براساس توزیع مواد بین فازهای مایع و گاز استوار می باشد و لذا در مواردی بکار می رود که کلیه سازندگان در هر دو فاز موجود باشند . بجای وارد کردن ماده جدیدی به داخل محلول جهت ایجاد فاز دوم نظیر آنچه در فرآیندهای جذب و دفع انجام می گیرد ، در عمل تقطیر ، فاز جدید از محلول اولیه در اثر تبخیر و با میعان حاصل می شود .
بمنظور روشن شدن کامل تفاوت بین تقطیر و سایر عملیات جداسازی ، تعدادی مثال ذکر می شود . در جداسازی یک محلول نمک طعام در آب ، می توان آب را بطور کامل تبخیر و از نمک جدا کرد زیرا نمک در شرایط عملکرد کاملا" غیر فرار است .این فرآیند، تبخیر نامیده می شود . برخلاف تبخیر ، تقطیر در جدا سازی محلولهائی بکار می رود که کلیه سازندگان آن به میزان قابل توجهی فرار می باشند . از جمله محلولهائی که سازندگان آن فرار هستند ، می توان محلول آمونیاک در آب را ذکر کرد .
مزایای چنین روشی در جداسازی مواد کاملا" روشن است و در تقطیر ، تفاوت بین فاز جدید و فاز اصلی در میزان گرمای (انرژی) آنهاست. حرارت معمولا" بسادگی داده و یا گرفته می شود ولی مسلما" هزینه چنین عملیاتی را باید در نظر گرفت. در فرآیند جذب یا دفع، در اثر افزودن یک ماده خارجی به محلول اصلی ، محلول جدیدی حاصل می شود که به نوبه خود بایستی توسط یکی از فرآیند های نفوذی جداسازی شود مگر آنکه محلول جدید به همان صورت قابل استفاده باشد .
البته تقطیر دارای محدودیتهائی نیز می باشد . در عمل جذب و یا فرآیند های مشابه که به منظور تغییر توزیع سازندگان ، معمولا" یک ماده خارجی به محلول افزوده می شود تا فاز جدیدی حاصل گردد ، می توان از میان حلالهای موجود ، آن حلالی را برگزید که دارای بالاترین اثر جداسازی باشد . بعنوان مثال ، چون آب در جذب هیدروکربن های موجود در یک مخلوط گاز موثر نیست ، می توان بجاب آن از یک روغن هیدروکربنی استفاده کرد که حلالیت هیدروکربن ها در آن بسیار زیاد است. ولی در تقطیر ، چنین انتخابی وجود ندارد . فاز گازی که در اثر گرما از فاز مایع حاصل می شود مسلما" متشکل از همان سازندگانی خواهد بود که در مایع نیز موجود می باشد . چون فاز گاز از نظر شیمیایی شباهت زیادی با فاز مایع دارد ، لذا تغییرات حاصل در ترکیب نسبی که از توزیع سازندگان بین دو فاز ناشی می شود معمولا" چندان زیاد نیست . در واقع ، گاهی اوقات در ترکیب نسبی به اندازه ای ناچیز است که فرآیند غیر عملی می شود ، حتی ممکن است هیچ نوع تغییری در ترکیب نسبی بوجود نیاید .
معهذا جداسازی مستقیم و تهیه محصولات خالص بدون نیاز به عملیات بعدی که معمولا" توسط تقطیر امکان پذیر است فرآیند اخیر را بعنوان مهم ترین عمل انتقال جرم درآورده است

تعادلات بخار – مایع
کاربرد موفقیت آمیز روش های تقطیر بستگی فراوانی به درک کامل تعادلات موجود بین فازهای بخار و مایع مخلوط مورد نظر دارد . بنابراین مرور مختصری بر تعادلات ضروری بنظر می رسد . تاکید ما در اینجا بر محلولهای دو جزئی است .

تعادل در فشار ثابت
ابتداء یک مقطع را در فشار ثابت در نظر می گیریم(شکل الف) . منحنی فوقانی رابطه بین دما و فشار نسبی فاز بخار () را معین می کند و منحنی تحتانی مبین تغییرات دما با ترکیب نسبی فاز مایع () است . مخلوط های مایع و بخار در حال تعادل با یکدیگر دارای فشار و دمای یکسانی می باشند .

شکل (ب) شکل (الف)

تعادل فازهای مایع و بخار در فشار ثابت
بنحوی که خطوط رابطه افقی نظیر مخلوطهای تعادلی در را به یکدیگر ارتباط می دهد .
تعداد چنین خطوط رابطی در این نمودار نامحدود است . نقاط واقع بر منحنی تحتانی ، نظیر، مبین مایعات اشباع می باشند و مخلوط هائی که مختصات آنها بر روی منحنی فوقانی قرار می گیرد ، نظیر نقطه ، بخار اشباع هستند. نقطه مشخص کننده یک مخلوط دو فازی متشکل از یک فاز مایع با ترکیب نسبی و یک فاز بخار با ترکیب نسبی است و مقادیر نسبی دو فاز بنحوی است که نقطه مبین کل مخلوط می شود . مقادیر نسبی فازهای در حال تعادل بوسیله طول پاره های واقع بر خط رابط بصورت زیر تعیین می گردد :

محلولی را با مختصات نقطه در نظر می گیریم که در یک ظرف بسته قرار دارد و فشار ظرف را می توان بوسیله حرکت یک پیستون ثابت نگاه داشت. محلول به حالت مایع است . اگر به محلول حرارت داده شود اولین حباب بخار در ظاهر خواهد شد که دارای ترکیب نسبی نطقه است . حباب از سازنده فرارتر غنی است و باین دلیل منحنی تحتانی را منحنی نقاط حباب – دما می نامند . با تبخیر بیشتر محلول ، فاز مایع نقصان می یابد و مثلا" مخلوطی حاصل می شود که فاز مایع آن در نقطه و فاز بخار در حال تعادل با مایع در نقطه قرار دارد . البته مقادیر نسبی دو سازنده در کل مخلوط کماکان با نقطه داده می شود . آخرین ذره مایع در تبخیر می شود و دارای ترکیب نسبی نقطه است . داغ کردن () مخلوط در مسیر صورت می گیرد. ملاحظه می شود که مخلوط بر خلاف مواد خالص که در فشار ثابت دارای تنها یک دمای جوش است ، در یک محدوده دما از تا تبخیر می گردد .بنابراین ، " نقطه جوش " یک محلول معمولا" فاقد معنی است زیرا عمل تبخیر در یک محدوده دما از نقطه حباب تا نقطه شبنم انجام می گیرد . اگر مخلوط را در نقطه سرد کنیم ، تمام پدیده های مذکور بطور معکوس روی خواهد داد . ترکیب نسبی تعادلی فازهای بخار و مایع را می توان بتوسط یک نمودار توزیع تعادلی نیز (بر حسب ) مطابق شکل (ب) ارائه کرد . بعنوان مثال نقطه بر روی نمودار ، مبین غلطتهای تعادلی مربوط به خط رابط می باشد . نظر باینکه بخار از ماده فرارتر غنی است ، منحنی حاصل ، در بالای خطی با سیب 45 درجه قرار گرفت. چنین خطی را جهت مقایسه رسم کرده ایم .

فراریت نسبی
هر چه فاصله بین منحنی تعادل و قطر مربع در شکل (ب) بیشتر باشد ، اختلاف بین غلطت های فاز مایع و بخار بالانر بوده و جداسازی مواد توسط فرآیند تقطیر سهل تر انجام خواهد گرفت. معیار کمی چنین پدیده ای ضریب تفکیک و یا در مورد تقطیر فراریت نسبی نامیده می شود . این معیار که عبارت از نسبت غلتهای در یک فاز به همین نسبت در فاز دوم است ، در واقع مبین جدائی پذیری مواد از یکدیگر می باشد .

وقتی بین صفر تا یک تغییر کند ، نیز تغییر خواهد کرد . اگر باشد (باستثنای یا 1 ) مقدار برابر واحد بوده و جداسازی امکان پذیر نخواهد بود . هر چه مقدار بزرگتر از واحد باشد ، درجه جداسازی نیز بیشتر است .

فشار های بالا
در فشار های بالاتر ، صفحات فشار ثابت در دمای های بزرگتری با سطح دو گانه شکل (الف) برخورد خواهند کرد . سطوح مقاطع حاصل را ممکنست بر روی یک صفحه ، مطابق شکل (1ج) تصویر کرد . . با توجه کرد که این منحنی های بسته (تصاویر مقاطع مذکور) با افزایش دما باریک تر می شوند . این مطلب را می توان با توجه به منحنی های توزیع تعادلی مربوطه در شکل (2ج) به آسانی دریافت . بنابراین ، فراریت های نسبی و در نتیجه جدائی پذیری در فشارهای بالا کمتر می شوند .

شکل (ج2) شکل (ج1)

تعادل فازهای بخار و مایع در فشارهای بالا
اگر فشار ، از فشار بحرانی یکی از سازندگان بیشتر باشد ، تمایزی بین فازهای بخار و مایع آن سازنده وجود نخواهد داشت و لذا منحنی بسته کوتاه تر خواهد شد . این پدیده را می توان با توجه به شکل (1ج) وقتی فشار بالاتر از یعنی فشار بحرانی سازنده در نظر گرفته شود درک نمود . جداسازی به روش تقطیر تنها در آن نواحی که منحنی های بسته کامل وجود داشته باشند امکان پذیر است .

شکل (د):تعادل فازهای بخار و مایع در دمای ثابت

تعادل در دما ثابت
یک نمونه از مقاطع دمای ثابت در نمودار های سه بعدی فازها در شکل (د) مشاهده می شود . از تقاطع یک صفحه دمای ثابت با سطح دوگانه شکل (الف) دو منحنی حاصل می شود که از فشار بخار خالص تا فشار بخار خالص امتداد داشته و فاقد نقاط حداکثر و یا حداقل می باشند . مطابق قبل ، تعداد نامحدودی خط رابط افقی نظیر وجود دارد که مشخصات بخار اشباع در را به مایع در حال تعادل با آن در ارتباط می دهد .
محلولی که در یک ظرف بسته در مشخصات قرار داشته باشد بشکل مایع است و اگر فشار ظرف در دمای ثابت کاهش یابد ، اولین حباب بخار در تشکیل خواهد شد . در نقطه عمل تبخیر به پایان می رسد و کاهش بیشتر فشار سبب تشکیل بخار داغ در می شود .

محلول های کامل – قانون رائولت
در محلول های کامل ، فشار جزئی تعادلی هر سازنده در دمای ثابت ، برابر با حاصلضرب فشار بخار سازنده خالص در آن دما ، در جزء مولی آن سازنده در مایع است. که همان قانون رائولت می باشد .

اگر فاز بخار نیز کامل باشد ،

بنابراین فشار کل و نیز فشارهای جزئی در دمای ثابت توابعی خطی از هستند . این روابط بصورت نمودار در شکل (هـ) مشاهده می شود . لذا ترکیب نسبی تعادلی فاز بخار را می توان در این دما محاسبه کرد و بعنوان مثال مقدار در نقطه واقع بر نمودار شکل (هـ) برابر با نسبت فواصل به است .

شکل (هـ): محلول های کامل
با جانشین ساختن روابط فوق در معادله فراریت نسبی بصورت زیر در می آید :

بنابراین در محلول های کامل ، امکان محاسبه ترکیبهای نسبی فازهای بخار و مایع با استفاده از فشارهای بخار سازندگان خالص میسر است .

انحراف مثبت از حالت کامل
مخلوطی که فشار کل آن را از فشاری که بر اساس روابط محلول های کامل (معادله ) محاسبه شود ، بزرگتر باشد ، به مخلوط دارای انحراف مثبت از قانون رائولت موسوم است . بسیاری از مخلوط ها در این دسته قرار می گیرند .
باید توجه کرد که وقتی جزء مولی یک سازنده در مخلوط بسمت واحد میل کند، فشار جزئی آن سازنده نیز به حالت کامل میل خواهد کرد . بعبارت دیگر ، قانون رائولت در مورد سازنده ای که غلظت آن در مخلوط زیاد است صادق می باشد . این مطلب برای کلیه مواد باستثنای آنهائی که در فاز بخار ، همبسته تشکیل می دهند و یا در فاز مایع تفکیک می شوند صادق است .

حداقل نقطه جوش در مخلوط ها – هم جوشی
وقتی انحراف مثبت از حالت کامل قابل ملاحظه بوده و فشارهای بخار دو سازنده تفاوت زیادی با یکدیگر نداشته باشند ، منحنی های فشار کل در دمای ثابت ممکنست در یک غلظت معین دارای یک نقطه حداکثر نظیر شکل (1و) شوند . در این حال گفته می شود که یک هم جوش () یا مخلوطی با نقطه جوش ثابت تشکیل شده است . اهمیت این مطلب با مطالعه یک مقطع فشار ثابت شکل (2و-3و )بخوبی روشن می شود . منحنی های ترکیب نسبی فازهای بخار و مایع در نقطه با یکدیگر مماس هستند که نقطه هم جوشی در تحت فشار مربوطه بوده و در این سیستم مبین حداقل دمای جوش می باشد . در مخلوط هائی با ترکیب نسبی کمتر از ، نظیر فاز بخار تعادلی () نسبت به فاز مایع () از ماده فرار غنی تر است . بالعکس در مخلوط هائی که ترکیب نسبی آنها بزرگتر از باشد ، نظیر ، فاز بخار ()نسبت به فاز مایع ()از ماده فرار فقیرتر است . مخلوطی با ترکیب نسبی نقطه ، دارای فاز بخاری است که ترکیب نسبی آن کاملا" مشابه با فاز مایع در حال تعادل با بخار می باشد و لذا در یک دما ثابت و بدون آنکه تغییری در ترکیب نسبی مخلوط حاصل شود می جوشد . اگر محلولهائی را که دارای مشخصات نقاط و یا باشند در یک ظرف درباز به جوش آورده و بخارات حاصل را بطور مداوم خارج سازند ، دما و ترکیب نسبی مایعات باقی مانده در هر مورد بر روی منحنی تحتانی از نقطه دور می شوند ( در مورد مایع نقطه بسمت و در مورد مایع نقطه بسمت ).
سازندگان محلولهائی از این نوع را نمی توان به روش تقطیر معمولی و در تحت فشار مربوط بطور کامل از یکدیگر جدا کرد زیرا در نقطه هم جوشی (آزئوتروپ) و است . ترکیب نسبی نقطه هم جوشی و نیز دمای جوش با فشار تغییر می کند . در بعضی موارد تغییر فشار سبب حذف هم جوشی از سیستم می شود.
یکی از مهم ترین آنها مخلوط اتانول و آب است که نقطه هم جوش آن در فشار یک اتمسفر ، در دمای 2/78 درجه سیلسیوس و جزء مولی 4/89 درصد اتانول ظاهر می شود .نقطه هم جوش در مخلوط مذکور با کاهش فشار به پائین تر از 70 میلیمتر جیوه جذف می گردد .

شکل (ی) مخلوط ایزوبوتان و آب در فشار یک آتمسفر استاندارد

مایعات نامحلول – تقطیر با بخار آب
حلالیت متقابل برخی از مایعات به اندازه ای ناچیز است که می توان آنها را عملا" نامحلول در یکدیگر دانست : در چنین مواردی نقاط شکل (ی) بر روی دو محور عمودی نمودار قرار خواهند گرفت . این حالت مقلا" در مخلوط یک هیدروکربن با آب پیش می آید . اگر مایعات کاملا" نامحلول در یکدیگر باشند ، فشار بخار هر سازنده تحت تاثیر سازنده دیگر قرار نداشته و هر کدام فشار بخار حقیقی خود را در دمای مربوط دارا خواهند بود . هنگامی که مجموع فشارهای بخار دو سازنده برابر با فشار کل وارد بر مخلوط شود ، آن مخلوط به جوش خواهد آمد و ترکیب نسبی فاز بخار را با فرض صدق قانون گازهای کامل ، می توان به آسانی محاسبه کرد .

تا زمانی که دو فاز مایع وجود داشته باشد ، دمای جوش مخلوط تغییر نکرده و فاز بخار دارای ترکیب نسبی ثابتی خواهی بود .
توجه کنید که در روش تقطیر بکمک بخار آب تا زمانی که آب به شکل مایع در مخلوط موجود است ، مایع آلی دیر جوش در دمائی بمراتب پائین تر از دمای نقطه جوش طبیعی آن تبخیر می شود و در این عمل نیازی به استفاده از پمپ خلاء بمنظور کاهش فشار تا 8/22 میلیمتر جیوه وجود ندارد .

انحراف منفی از حالت کامل
اگر فشار کل یک سیستم در حال تعادل از فشاری که بر اساس روابط محلول های کامل محاسبه می شود کوچکتر باشد ، سیستم مذکور دارای انحراف منفی از قانون رائولت است . شکل(م) چنین حالتی را در دمای ثابت نشان می دهد .

شکل (م) انحراف منفی از حالت کامل

مخلوط هائی با حداکثر دمای نقطه جوش – هم جوشی
وقتی فشارهای بخار سازندگان یک مخلوط اختلاف چندانی با یکدیگر نداشته و انحراف منفی از قانون رائولت قابل توجه باشد ، منحنی فشار کل مخلوط بر حسب ترکیب نسبی ممکن است مطابق شکل (1ن) از یک نقطه حداقل عبور کند . در این حال دمای جوش مخلوط ، نظیر نقطه شکل (ن2) در حداکثر قرار داشته و شرایط هم جوشی برقرار است . فاز بخار مایعاتی که جزء مولی ماده فرارتر در آنها کمتر از نقطه هم جوش باشد ، دارای غلظت کمتری از ماده فرار نسبت به محلول اولیه است و بالعکس فاز بخار مایعاتی که جزء مولی ماده فرارتر در آنها بیشتر از نقطه هم جوش باشد نسبت به محلول اولیه از ماده مذکور غنی تر است .

اگر محلولهائی را که ترکیب نسبی آنها در هر یک از دو طرف نقطه هم جوش قرار دارد در یک ظرف درباز به جوش آورده و بخارات حاصل را خارج سازند ، در نهایت مایعی با ترکیب نسبی هم جوش در ظرف باقی خواهد ماند .
پدیده هم جوشی با حداکثر نقطه معمولا" کمتر از نوع حداقل نقطه جوش پیش می آید . یکی از معروفترین مخلوط های نوع اخیر ،اسید کلریدریک و آب است ( 1/11 درصد مولی ، 110 درجه سلسیوس و فشار یک آتمسفر استاندارد ) که می توان با جوشاندن یک محلول اسید کلریدریک با غلظت دلخواه در یک ظرف دربازه به آن رسید. روش اخیر در استاندارد کردن اسید کلریدریک مورد استعمال دارد .

تقطیر دیفرانسیلی یا ساده
اگر یک مایع را به دفعات بیشماری به صورت متوالی تبخیر آنی نمایند و تنها مقدار ناچیزی از مایع در هر مرحله تبخیر شود ، نتیجه نهائی چنین فرآیندی معادل با تقطیر دیفرانسیلی و یا تقطیر ساده آن مایع خواهد بود .
در عمل ، چنین تحولی را می توان فقط بطور تقریبی اجراء کرد . مقداری از مایع را داخل یک دیگ و یا برج تقطیر مجهز به یک وسیله حرارت دادن نظیر ژاکت بخار مطابق شکل (ل) قرار می دهند . مایع به آرامی به جوش آمده و بخار حاصل به طور دائم ار یک کندانسور عبور می کند . در کندانسور ، بخار به حالت مایع در آمده و مایع (فاز مقطر) در یک انباره ذخیره می شود . این دستگاه در حقیقت مقیاس بزرگتری از سیستم تقطیر (بالن تقطیر و کندانسور ) آزمایشگاهی است . اولین مقادیر فاز مقطر دارای بالاترین غلظت از ماده فرارتر است . با پیشرفت تقطیر ، از میزان ماده فرارتر در محصول میعان یافته کاسته می شود .
بنابراین فاز مقطر را می توان در چندین مرحله مجزا که هر کدام را " برش " () می نامند جمع آوری کرد و به این ترتیب محصولات مختلفی با درجات خلوص گوناگون بدست آورد .

شکل (ن) تقطیر ناپیوسته
بهنوان مثال در تقطیر یک مخلوط سه جزئی که محتوی مقدار ناچیز از یک ماده بسیار فرار و مقدار ناچیزی از یک ماده دیر فرار بوده و قسمت اعظم آن از ماده ای با فراریت متوسط تشکیل شده باشد ، اولین برش که مقدار آن اندک است دارای قسمت عمده ای از ماده فرار خواهد بود . دومین برش تقطیر که مقدار آن زیاد است دارای قسمت اعظم ماده می باشد . این برش تقریبا" خالص است ولی بهر حال محتوی مقادیر اندکی از و نیز هست . مایع باقی مانده در ظرف تقطیر عمدتا" از تشکیل شده است و با وجود آنکه در هر سه برش تمام سازنده ها وجود دارند ، اما تا حدودی جداسازی صورت گرفته است . اگر قرار باشد که این فرآیند حتی بطور تقریبی به مشخصات یک تقطیر دیفرانسیلی نزدیک شود لازم است که بسیار آرام صورت گیرد به نحوی که بخار برخاسته از سطح مایع در تمام لحظات به حال تعادل با مایع باشد .

میعان دیفرانسیلی
در این فرآیند ، خوراک که به حالت بخار می باشد به آرامی و در تحت شرایط تعادلی میعان یافته و محصول مایع شده بلافاصله خارج می گردد . مطابق آنچه در تقطیر دیفرانسیلی گفته شد ، برقراری چنین شرایطی در عمل تنها به صورت تقریبی میسر است . با روشی نظیر قبل رابطه زیر حاصل می شود :

که تعداد مولهای خوراک با جزء مولی و تعداد مولهای بخار باقی مانده با جزء مولی است .

عملیات تفکیک
بعلت آنکه در بهترین شرایط عملکرد ، مایع خروجی از انتهای برج جذب در حال تعادل با خوراک بوده و محتوی غلظت بالائی از سازنده فرار است ، سینی ها را در زیر محل ورود خوراک قرار می دهند تا بخار تولید شده بوسیله جوش آور سبب دفع سازنده فرار از مایع شود . در نتیجه سازنده مذکور وارد فاز بخار شده و از بالای برج خارج می گردد. در قسمت فوقانی برج ، عمل شستشوی گاز به منظور عاری کردن آن از سازنده کمتر فرار انجام می شود و به این ترتیب سازنده مذکور وارد فاز مایع شده و از انتهای برج خارج می گردد .
در تقطیر نیز همین عمل صورت می گیرد به شکل (ک) نگاه کنید ، در این حالت خوراک تقریبا" وارد مرکز یک برج عمودی سینی دار می شود . بخار در ناحیه فوقانی محل ورود خوراک ( که به اسامی مختلف جاذب ، غنی کننده یا تصفیه کننده معروف است ) صعود کرد و توسط مایع شسته می شود تا سازنده کمتر فرار موجود در بخار جدا شده و یا جذب گردد. چون در این مورد بر خلاف فرآیند جذب ، ماده دیگری به سیستم اضافه نمی شود ، مایع شستشو در اثر میعان بخار خروجی ار بالای دستگاه که از ماده فرارتر غنی است تامین می شود .مایع برگردانده شده به بالای دستگاه بنام جریان برگشتی ( ) و ماده ای که بطور کلی از سیستم خارج می شود به محصول مقطر موسوم است که از ماده فرارتر غنی و ممکنست به حالت بخار و یا مایع باشد . در ناحیه پائینی محل ورود خوراک (ناحیه دفع یا خروج) ، مایع به توسط بخار حاصل از تبخیر جزئی مایع تحتانی در جوش آور ، از سازنده فرار عاری می شود . مایع خروجی که از سازنده کمتر فرار غنی است به نام پس ماند () یا محصول تحتانی () معروف است . در داخل برج همواره مایع و بخار بترتیب در دماهای حباب و شبنم می باشند . بنابراین حداکثر دما در انتهای برج و حداقل دما در بالای برج قرار دارد . کل دستگاه به تفکیک کننده () موسوم است . میزان خلوص دو محصول خروجی بستگی به نسبت مایع به گاز و تعداد واحدهای کامل در دو قسمت برج دارد .

شکل (ک) :موازنه های مواد و آنتلپی در یک دستگاه تفکیک

روش ساده یک کسب وتیل برای برج های بالینی های متعدد
بخش غنی سازی ، کندانسور کلی – جریان برگشتی در دمای نقطه حباب

بخش غنی سازی
موازنه کل مواد در اطراف پوش موجود در شکل بالا عبارتست از :
یک موازنه برای قسمت بالایی برج می نویسیم :

و برای سازنده

رابطه ای خط تبادل بخش غنی سازی برج

رابطه اخیر ، معادله یک خط مستقیم در محور های است . که شیب آن برابر با و عرض از مبدا آن برابر با است . با فرض آنکه باشد ، می شود ، و لذا خط مذکور ، قطر 45 درجه را در نقطه ای به مختصات قطع می کند .

بخش عاری سازی ، بخار در حال تعادل با پس ماند
یک موازنه برای پایین برج با بخش عاری سازی در شکل زیر

بخش عاری سازی
و برای سازنده ،

از رابط فوق معادله خط عامل بخش عاری سازی بدست می آید ،

این رابطه ، معادله یک خط مستقیم به شیب است و چون وقتی باشد ، می شود ، خط مذکور از نقطه واقع بر قطر 45 درجه نیز می گذرد . اگر بخار خروجی از جوش آور ، در حال تعادل با محصول پس ماند باشد ، اولین پله در ترسیمات پلکانی مبین جوش آور خواهد بود . ترسیمات پلکانی را نمی توان تا بالاتر از نقطه ادامه داد .

ورود خوراک
ابتداء سینی که خوراک وارد آن می شود در نظر می گیریم . (شکل زیر ) شدت های جریان مایع وبخار در این سینی ، با توجه به آنکه خوراک ممکنست متشکل از مایع ، بخار و یا مخلوطی از آن دو باشد ، بطور ناگهانی تغییر می کند .

ورود خوراک
بعنوان مثال ، اگر خوراک متشکل از مایع اشباع باشد ، به میزان خوراک مایع ورودی ، بیشتر از خواهد شد . بمنظور تعیین یک رابطه عمومی ، موازنه کل مواد در این بخش را بر قرار می کنیم ،

و موازنده آنتالپی ،

بخار و مایع موجود در برج به حالت اشباع هستند و آنتالپی مولی بخارهای اشباع را یکسان فرض می کنیم .

معادله فوق مکان هندسی نقاط تلاقی دو خط عامل (خط) است که یک خط مستقیم با شیب می باشد و چون اگر باشد است ، خط مذکور از نقطه ای به مختصات واقع بر قطر 45 درجه نیز می گذرد .
ختمان و عملکرد برجها و ظروف در پالایشگاه:
بطور کلی فارونی که در عملیات پالایشگاه مورد استفاده قرار می گرند عبارتند از :
1-برجها(TOWERS)ظروفی هستند که برای تفکیک اجزاء مختلف مواد نفتی مورد استفاده قرار می گرند.
برج تقطیر در فشار جو
DISTILLATION TOWER
برج تقطیر در خلاء
VACUUM TOWER
برج عریان کننده
STRIPPER TOWER
برج تثبیت کننده
STABLLIZER TOWER
برج جذب کننده
ABSORBER TOWER
برج توخالی افشاننده
SPRAY TOWR
برج تفکیک آیزوماکس
ISOMAX FRACTIOATOR TOWER

1-برج تقطیر(DISTILLATION TOWER):
هرگاه مخلوط چند مایع وجود داشته باشد عمل جدا کردن یک مایع از دیگر مایعات بوسیله حرارت و مایع کردن بخارات آن بوسیله خنک کننده را تقطیر گویند .
برای عمل تقطیر شرایطی لازم است از قبیل :
1-دو حالت فیزیکی ( مایع و گاز )برای عمل تقطیر
2-برای اینکه ترکیبات قابل جدا کردن باشند بایستی در شرایط برج تقطیر نقطه جوش های متفاوتی وجود داشته باشد .
3-یک منبع حرارتی لازم است تا ترکیبی را که نقطه جوش پایین تر دارد بحالت کار در آورده و شرایط لازم را برای عمل تقطیر بوجود آورد .

انواع تقطیر :
تقطیر یک مرحله ای ( BATCH DISTILLATION )
در این نوع تقطیر طی یک مرحله با استفاده از حرارت مایع سبکتر را از مخلوط جدا کرده و سپس بوسیله خنک کردن آن را مجددا" بمایع تبدیل می نماید . " مانند شکل زیر "

تقطیر مداوم(CONTINUOS MULTIPE, SHELLDISTILLAION)
برای اینکه خالصی محصولات تقطیر شده بیشتر باشد و اعمال گرم و سرد کردن ظروف و پرکردن آنها احتیاج به تکرار نداشته باشد باید از چند ظرف و چند خنک کننده استفاده نمود در این روش احتیاجی به جوشانیدن مایع تا آخرین قطره نیست و مایعی که وارد ظرف دومی می شود بعلت اینکه فشار بخارش زیادتر است زودتر از مایع ظرف اولی بجوش می آید و همینطور مایع ظرف سومی زودتر از مایع ظرف دومی بجوش خواهد آمد درجات حرارتی که در شکل زیر نوشته شده برای مخلوط 20% هگزان و 80% هپتان است
.
تقطیر مرحله به مرحله (جزء به جزء)
( FRACTIONATION DISTILLATION )
در دوطریقه پیشین فقط جدا کردن دو مایع از هم مورد بحث بود که به آن تقطیر دو تایی گویند اما نفت خام که شامل هیدروکربن های مختلف با نقطه جوش های متفاوت است بطریقه چند تایی ( MULTICOMP ONENT DISTILLATION ) تقطیر می گردد .
بدین معنی که برای هر گروه از این هیدروکربن ها شرایط خاصی از برج در رابطه با فشار و درجه حرارت بوجود می آوریم تا بدون شکستن مولکول عمل تقطیر انجام شود ضمنا" از استفاده زیاد سوخت ، حرارت، و نیز برج های بیشتری جلوگیری نمائیم بعبارت دیگر برج های تقطیر می توانند در فشار ها و شرایط مختلف بدلایل گوناگون کارکنند انواع تقطیر مرحله به مرحله عبارتند از :
1- تقطیر در فشار
2- تقطیر در فشار جو ( فشار معمولی هوا )
3- تقطیر در خلاء
4- تقطیر با بخار آب
TOWERS برجها را براساس شرایطی از قبیل فشار و درجه حرارت و نوع مواد و نسبت تفکیک به اندازه های مختلف می سازند حداکثر ارتفاع برجها در حدود 300 فوت و قطر آنها 16 فوت است در صورت احتیاج به برجی با قطر بیشتر باید قطعات جداگانه ساخته شده و در محل بروی هم سوار شوند .
موارد استفاده از برجهای تفکیک در صنعت نفت عبارتند از :
الف-کاربرد برجها در گاز و گاز مایع
1- تقطیر هیدروکربنهای سبک " گازها " بر اساس اختلاف در نقطه جوش آنها
(برج تقطیر ) .
2- احیاء گلیکول ( GLYCOL REGENERATION ) مازاد آب گلیکول تبخیر وگلیکول آماده استفاده می گردد .
3- شستشوی گاز (GAS TREATMENT ) بر اساس آن گاز اسیدی ( ) از سوخت گازی ( LEAN GAS ) بوسیله ( AMINE ) جدا و تفکیک می شود ( در کارخانه بید بلند ) .
ب-در پالایشگاه موارد زیر است :
1- برای تقطیر هیدروکربنها(مایعات نسبتا" سنگین) برجهای تقطیر در جو (اتمسفر )
2- برای تقطیر هیدروکربنها( مایعات و جامدات سنگین) برجهای تقطیر در خلاء (VAC )
3-برج تثبت کننده ( STABILIZER ) با باقی گذاشتن مقداری از بوتان در بنزین فشار بخار آن را تنظیم می نمایند .
ج- تقسیم بندی برج ها از نظر ساختمان داخلی
برجها بر اساس نوع مواد و ساختمان داخلی به دو دسته تقسیم می شوند .
1- برج تفکیک توپر ( PACKEI )
2- برج تفکیک سینی دار(TRAY TOWER) مانند شکل مقابل
دو نمونه از برجهای توپر و سینی دار در شکل یک ترسیم شده است .

1- برج تفکیک توپر(Packed Tower)
استوانه ایست فلزی که فضای داخلی آن ( حد فاصل بین دو صفحه مشبک ) از حلقه های کوچک سرامیک ( CERAMIC ) یا قطعات کوچک چینی و یا آلیاژ های مقاوم در مقابل زنگ زدگی پرشده است این اجزاء کوچک درونی امکان تماس هر چه بیشتر مایع و گاز را بوجود آورده و باعث می شوند مواد ناخالص یک سیال جذب سیال دیگر شده و جدا شوند در این نوع برجها گاز از قسمت پایین و مایع از قسمت بالای وارد و در طول برج بوسیله تماس مستقیم عمل تفکیک صورت می گیرد.
2-برج تفکیک سینی دار ( TRAY TOWER )
استوانه ایست فلزی که بطور قائم نصب و دارای تعداد سینی ( TRAY ) که بطور موازی با یکدیگر در عرض آن کار گذاشته میشود . ارتفاع – تعداد سینی ها- قطر و ظرفیت و شکل سینی ها بستگی دارد به شرایط تفکیک مواد مخلوط و نسبت تفکیک مواد و تفاوت کلی آنها ( برجهای سینی دار ) در نوع سینی آنهاست قبل از اینکه به تشریح اجزاء درونی یک برج سینی دار بپزدازیم نگاهی به یک سیستم تقطیر داشته باشیم یک سیستم تقطیر تشکیل شده از برج تفکیک-تلمبه-جوشاننده-خنک کننده-چگالنده یا انباره-شیرها-کوره و ابزار دقیق.

عمل برج تفکیک در فشار جو یا برج تقطیر ثا نویه
نفت خام پس از حرارت دیدن بوسیله کوره و رسیدن بدرجه حرارت لازم وارد قسمت (FLASH ZONE ) برج تقطیر می گردد . در برج تقطیر بخارات و گازها بسمت سینی های بالا حرکت کرده و ضمن عبور از سوراخهای سینی ها ( RISERS ) و مایع سینی مقداری از حرارت خود را از دست می دهد و در جائیکه درجه حرارت گاز ها برابر با درجه حرارت سینی می شود زیر نقطه جوش در همان سینی بمایع تبدیل می گردد .
ترکیبات خیلی سبک گازها در شرایط برج بصورت بخار باقی می ماند از بالای برج تقطیر خارج میشوند(این ترکیبات معمولاٌ بنزین و ترکیبات سبکتر از آن هستند)
بخارات خروجی از بالای برج به وسیله چگالنده ها به مایع تبدیل و به وسیله کولرها خنک شده و بنزین و ترکیبات تشکیل کننده گاز مایع در (RECEIVER ) یا انباره می ماند و بخارات غیر قابل مایع شدن در شرایط(RECEIVER ) از آن خارج میگردد.درجه حرارت بالای برج دارای اهمیت زیادی بوده و باعث تنظیم مشخصات فیزیکی بنزین میشود این درجه حرارت به وسیله برگرداندن قسمتی از بنزین مایع شده از انبار به برج به عنوان مایع برگشتی یا (REFLUX )برگردانده شده مایع برگشتی به برج از بالای آن به سمت پایین حرکت کرده و در راه با بخارات در حال صعود برخورد نموده و ترکیبات سنگین تر بخارات نفتی در حال صعود نیز در اثر تماس با مایع برگشتی (REFLUX )داخل برج مایع شده و با مایعات برگشتی همراه گردیده و از سینی ها به زیر می ریزند بنابراین ملاحظه میکنید که مایع برگشتی (RECEIVER ) داخل برج هر چه به سمت پایین میرود سنگین تر شده تا اینکه در (FLASH ZONE )محل ورود خوراک به برج ترکیباتی در آن به صورت مایع باقی میماند که بایستی به مایع ته برج اضافه گردند.
ترکیبات سنگین تر از بنزین از بغل برج به نام محصولات جانبی (SIDE STREAM )به بیرون کشیده میشود محصولات جانبی در شکل (2)عبارتند از نفت سفید و نفت گاز ، محصول ته برج (BOTTOM )به علت تماس با مواد سبک تر مقداری از آن را در خود نگه داشته و بدین ترتیب ثبات فیزیکی خود را از دست داده مثلاٌ(FLASH POINT )آن کمتر از مقدار حقیقی خواهد بود برای بهتر شدن وضع نقطه اشتعال از بخار خشک به نام (SUPER HEAT STEAM )استفاده میشود که به پایین برج تزریق میکنند و مولکولهای بخارات ضمن عبور از مایع ته برج (BOTTOM )مواد سبک موجود در آن را با خود به سینی های بالاتر می برند بخار آب تزریق شده به برج پس از انبار شدن در (CATCH POT )تخلیه DRAIN میشود.
برجهای تقطیر در هر پالاایشگاه هم از نظر قطر و ارتفاع از بزرگترین برجها هستند شکل (2)برجی را با 26 سینی نشان داده است تعداد سینی های یک برج بستگی دارد به مقدار نوع خوراک و تعداد محصولات جانبی بطور کلی ارتفاع برج با در نظر گرفتن موارد زیر تعیین میشود.
1-فاصله بین سینی های برج که حدود 2 فوت خواهند بود
2-برای سینی هاییکه محصول جانبی از آنها گرفته میشود یک فاصله 5 تا 7 فوتی در بالای آن در نظر گرفته میشود.
3-فضای خالی بالای برج برای جلوگیری از خروج ذرات مایعات از بالای آن حدود 3 فوت در نظر خواهد گرفت.
4-فضای خالی پایین برج را نگهداری سطح مایع در آن حدود7 فوت خواهد بود.
با تعیین تعداد سینی ها برای عمل تفکیک صحیح و همچنین تعداد محصولات جانبی برج با در نظر گرفتن مقدار خوراک میتوان ارتفاع و قطر برج را نیز تعیین نمود.
به علت عوامل طبیعی مانند طوفان-زلزله-و همچنین جنس زمین که برج بایستی بر روی آن نصب گردد ارتفاع برجها محدود میباشد همچنین محدود بودن قطر برجها به علت امکانات حمل و نقل آنهاست برجی با قطر 13 فوت به وسیله قطار و تا 16 فوت را به وسیله کشتی حمل میکنند برای برجی با قطر بیش از 16 فوت بایستی قطعات آن را به صورت جدا از هم ساخت و به محل مورد لزوم منتقل کرد سپس در همان محل آن را نصب می نمایند.

عمل برج تقطیر در خلاء:
لوله ورودی خوراک به برج خلاء نسبت به بقیه برجها قطورتر است علت قطور بودن این لوله به دلیل فشار بسیار کم سیستمی است که تقریباٌ همه خوراک برج را به صورت بخار تبدیل می کند جهت جلوگیری از ایجاد خسارت به وسایل بالای محل ورودی خوراک به برج به انتهای لوله خوراک پخش کننده مخصوصی نصب میکنند تا از انبساط ناگهانی خوراک ورودی جلوگیری نماید و چون ته مانده برج اتمسفر خیلی سنگین و نیاز به حرارت خیلی زیاد دارد و در حرارت خیلی زیاد نیز عمل تفکیک صورت نگرفته بلکه مولکولها شکسته میشوند از برج تقطیر در خلاء استفاده میشود در این برج مواد سنگین با درجه حرارت پایین تری تقطیر می گردند ساختمان برج خلاء(VACUUM TOWER )طوری است که حداقل افت فشار در آن تولید گردد.
بجز سینی محصول(SLOP WAX )و دو ردیف توری موسوم به (DEMISTER GRID ) در هیچ قسمت برج سینی ها بطور کامل محیط داخلی برج را نمی پوشانند وظایف (DEMISTER , GRID )ممانعت از بالا آمدن ذرات باقیمانده ته برج به سینی های بالایی است عمل بالا آمدن ذرات مواد سنگین ممکن است در اثر تبخیر شدن ناگهانی خوراک برج صورت گیرد بر روی تورهای دو پخش کننده مایع برگشتی نصب گردیده که بر روی GRID مایع برگشتی ریفلاکس(SLOP WAX )و بر روی (DEMISTER )مایع برگشتی نفت گاز سنگین پاشیده میشود مایع برگشتی روی توری ها شده و ذرات سنگین همراه با بخارات در حال صعود مایع گردیده و همراه با فاز مایع بطرف ته برج حرکت میکند.در شکل(2)ساختمان داخلی برج تقطیر در خلاء نشان داده شده است در این برج سینی هایی مانند آنهائیکه در برج تقطیر در جو وجود دارد دیده نمیشود صفحاتیکه طبقات برج را تشکیل می دهند در انتهای خود به وسیله شبکه فلزی به بدنه محکم میشوند.

شکل 3
بخارات در حال صعود برج ضمن گذشتن از بالای طبقات یا مایع در حال ریختن به طبقات پایین تماس حاصل نموده و با تماس دو فاز مایع و گاز خلوص کافی برای هر دو فاز حاصل میگردد سینی های محصول جانبی برج طوری طراحی شده اند که مایعات جمع شده در آنها تقریباٌ عاری از مواد سبک باشد قسمت بالای برج باریکتر از قسمت های میانی است و علت این امر فیزیکی حجم بخارات بالای برج است.
ساختمان برج تقطیر در خلاء طوری است که بتواند فشار بین 50 پوند ، بر اینچ مربع فشار نسبی و 7/14 پوند بر اینچ مربع فشار مطلق(صفر پوند بر اینچ فشار نسبی)را تحمل نماید.برای تحمل چنین فشاری لازم است که بدنه برج را به وسیله حلقه های فلزی مخصوص که بدور تادور آن جوش داده میشود مقاوم می نمایند.

محصولات میان تقطیر :
عمل برج عریان کننده محصولات جانبی برج تقطیر(STRIPER TOWER)
محصولات جانبی برج تقطیر ثانویه به علت تماس با بخارات سبک مقداری از آنها را در خود نگه داشته و در نتیجه مشخصات آنها مطابق با آنچه که باید باشد نیست مشخصات فیزیکی تغییر یافته در این محصولات عبارتند از (FLASH POINT )که به علت جذب مواد سبک کمتر شده است و دیگر (I.B.P )یا نقطه جوشا اولیه که آن هم کمتر از مقدار معمول است.برای تصحیح مشخصات فیزیکی این محصولات آنها را وارد برجهای عریان کننده نموده و با وارد کردن بخار آب خشک به این برجها ترکیبات سبک آن را از محصولات جدا می نمایند در شکل (4)دو برج عریان کننده واحد تقطیر 85 را نشان داده است.
خوراک برجهای عریان کننده بر روی سینی یک پاشیده شده و بخار آب خشک از زیر سینی 5 وارد آن میشود (هر برج دارای 5 سینی از نوع VALVE TRAY )می باشد بخار آب پس از تماس کامل با مایع داخل برج همراه با بخارات سبک از بالای برج خارج شده و وارد برج تقطیر در جو میگردد.

شکل 4

عمل برج تثبیت کننده(STABILIZER TOWERS )
این برج یکی از ساده ترین برجهای تفکیک می باشد وظیفه این برج جدا کردن ترکیبات سبک تر از بوتان و قسمتی از بوتان از بنزین است با باقی گذاشتن مقداری از بوتان در بنزین فشار گاز آن را تنظیم می نمایند درجه حرارت سینی های 19 و 20 به وسیله (TRC )کنترل میشود (TEMPERATURE RECORDER CONTROLLER )کنترل این درجه حرارت به وسیله مقدار بخار خشک (SREAM )که به جوشاننده (REBOILER )داده میشود انجام میگیرد.
کنترل درجه حرارت بین سینی 19 و 20 باعث میشود که همواره مقدار ثابتی از بوتان به فاز بخار محصول بالای برج وارد شده و بنزین با فشار بخار ثابت از پایین برج خارج گردد قسمت بالای این برج نیز مانند برج تقطیر در خلاء خواهد بود یعنی باریک تر از پایین آن خواهد بود که علت آن هم کم بودن حجم ترکیبات سبک از بالای برج است.فشاری که برای این برج طرح شده است 270 پوند بر اینچ مربع و درجه حرارت آن حدود 518 درجه فارنهایت میباشد.شکل (5)برج تثبیت کننده را نشان داده است.

شکل 5
عمل برج های جذب کننده سینی دار( ABSORBER TOWERS)
وظیفه این برج جذب کننده جدا کردن بوتان از گازهای سبک تر از آنست معمولاٌ خوراک این برجها قبلاٌ تحت عملیات گوگرد زدایی قرار گرفته و پس از آن وارد این برج میشود.
عمل برج جذب قسمتی از گازهای سبک و در نتیجه خالص کردن بقیه گازها به وسیله یک جریان نفتی مثلاٌ بنزین صورت می گیرد.گازها از زیر برج وارد آن شده و بنزین از بالای برج به داخل آن پاشیده میشود این برج دارای 30 سینی از نوع شیری است (VALVE TRAY )گازها ضمن صعود به طرف بالای برج از میان بنزین روی سینی ها گذاشته در نتیجه بنزین همه نرمال بوتان و قسمت بیشتری از آیزوبوتان و مقدار کمی از پروپان آن را به خود جذب می کند گازهای خروجی از بالای برج دارای متان _اتان-پروپان و ایزوبوتان میباشد.که به مقدار خیلی کم بوتان نرمال نیز با آن همراه خواهد بود بنزین از پایین برج خارج شده و وارد برج عریان کننده میشود در آنجا بوتان و مقداری جزئی پروپان خود را از دست داده و خالص میگردد شکل (6)ساختمان یک برج جذب کننده را نشان داده است.

شکل 6

عمل برج جداکننده بوتان ( DE BUTANIXER TOWER )
این برج برای جدا کردن بوتان و ترکیبات سبک تر از آن از جریانات نفتی است . خاصیت جدا کردن ترکیبات سبک از جریانات نفتی بوسیله " DE BUTANIZER " این است که در دستگاههای بعدی با فشار کمتری میتوان روی همین جریان کار نمایند. این برج که جداکننده گاز بوتان خواهد بود باید در فشار زیادی کار کند تا اینکه بوتان را بحالت مایع در آورده و بعنوان مایع برگشتی ریفلاکس ( REFLUX) به برج برگرداند. برج جداکننده بوتان برای فشار معادل 270 پوند براینچ مربع و درجه حرارت 600 درجه فارنهایت در نظر گرفته شده است با استفاده از برج جداکننده بوتان جریان نفتی را میتوان د رفشار کمتری تحت عملیات پالایش قرار دارد وقتی که جریان نفت بدون بوتان و موکولهای سبک تر ازآن باشد میتواند خوراک برج بعدی یعنی برج جداکننده ( پنتان ) با فشاری حدود 20 پوند براینچ مربع شده تحت عملیات قرار گیرد ولی چنانچه مواد بوتان و ترکیبات سبک تر از آن جدانشده باشد فشار ذکر شده برای جداکردن پنتان کم بوده و بایستی فشار را کمی بالاتر برد تا گازهای خروجی از بالای برج مایع شده بعنوان مایع برگشتی ( REFLUX) مورد استفاده قرار گیرد چنانچه لازم بود فشار برج پائین باشد و مایع برگشتی به برج جداکننده پنتان فقط مایع پنتان باشد در اینصورت باید تمام بوتان و مواد سبک تر از آن از طریق لوله تخلیه ( VENT) به سیستم سوخت پالایشگاه "مشعل " فرستاده شوند که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و با تهیه و نصب یک برج جدا کننده بوتان میتوان محصول بالایی آنرا بعنوان خوراک تهیه گاز مایع بآن واحد ارسال نمود .
در برج جداکنده بوتان سینی های پائین خوراک واحد دارای دو گذر هستند در حالیکه سینی های بالای سینی خوراک یک گذر میباشد ( یک راهه ) چنین نتیجه گرفته میشود که مقدار جریان بخار " گاز " در سینی های بالا کمتر از سینی های پائین است و بعلت کمی حجم گازهای خروجی از بالای برج است که قسمت فوقانی برج جداکننده باریک تر از بقیه آن ساخته شده است .
برج جداکننده بوتان که درشکل ( 7 ) پشت صفحه آمده است دارای 30سینی تفکیک است در زیر سینی 30 محلی برای ورودی به جوشاننده ( REBOILER) ساخته شده است و مایع پس از پر کردن این قسمت از آن سر رفته و به ته برج خواهد ریخت .
سطح مایع ته برج بوسیله دستگاه ابزار دقیق بنام ( LEVEL CONTROLLER) کنترل شده و میتوان با دقت جریان خروجی مایع از ته برج اطمینان داشت که قسمت مربوطه به ورودی جوشاننده ( REBOILER) پر است یا خیر در صوریتکه شیر کنترل نشان دهنده قسمت جوشاننده ( REBOILER) پرخواهد بود.

برج افشاننده تو خالی ( SPRAY TOWER)
عملکرد این برج اینست که در آنها مایع " LIQUID" خوراک بصورت اسپری برروی گازهای حرارات دیده و متصاعد شده می باشند و در حقیقت سطح تماس بیشتری برای مایع گازها بوجود میاورند این نوع برجها را برجهای افشاننده تو خالی گویند.

بعد از توضیحات لازم با برجها و انواع آن وارد بحث دیگری از اجزاء داخلی برجها میشویم یک برج تفکیک ( TOWER) دارای اجزاء داخلی ریز
می باشد .
1- سینی TRAY
2- ناودان DOWN COMMER
3- مجرای بخارات بالارو RISER
4- دیواره سینی WEIR
5- کلاهک حبابی BUBBLE CAP

1- سینی ها ( TRAYS)
سینی ها صفحات دایره ای شکل و یا نیم دایره ای هستند که بطور افقی و موازی با یکدیگر و با تعداد معین و فاصله های معین درداخل برج ها نصب میشوند فاصله سینی های با یکدیگر بین 1 تا 2 فوت است و کار آنها ایجاد تماس بین مولکول های گاز های بالا و مایعات پائین رونده میباشد برای برقراری این تماس که اساس کار لبه سینی ها یا ( WEIR) نگهداری میشود درنتیجه گازی که بوسیله افت فشار و همچنین حرارت حاصل شده است وقتی از طریق بالارونده ها ( RISERS) میخواهد از سینی عبور نماید با معایات روی سینی برخورد کرده و تبادل حرارت صورت میگیرد .
سینی ها از نظر ساختمان ( شکل ظاهری ) به چهار دسته تقسیم میشوند.
الف – سینی با کلاهک حبابی ( BUBBLE CAP TRAY )
ب – سینی های نوع جت ( JET TRAYS)
ج – سینی های مشبک ( غربالی ) ( SIEVE TRAYS)
د- سینی هائی با دریچه ارتجاعی ( شیر یکطرفه ) ( FLEX OR VALVE)
الف : سینی کلاهک دارحبابی ( BUBBLE CAP TRAYS)
معمولی ترین نوع سینی هاست که درشکل 15 نیز توضیحات لازم داده شده است در روی این سینی ها سوراخ هائی تعبیه گردیده و در روی هر سوراخ بوسیله استوانه ارتفاعی ایجاد شده که روی این استوانه کلاهکی قرار گرفته است گاز بالا رو از قسمت میانی (UP RISER ) بسطح کلاهک آمده و بواسطه وجود کلاهک تغییر جهت داده و ازدرون مایع خواهد گذشت زمانیکه مایع ازراه لوله سرریز(DOWN COMMER) ناودانها به سینی پائین می ریزد بخارات " گازها " نیز از راه بالاروها (RISERS ) به سینی بالائی میروند در قسمت پائین در اطراف فنجانک ها شکافهایی وجود داردکه گازها از راه آنها وارد مایع سینی میشوند و به این شکافها ( SLOTS ) میگویند.
در برج تفکیک میتوان تعداد زیادی ـ سینی های کلاهک دار با فاصله های معین نصب نمود .

مزایای سینی های کلاهک دار
1- قابلیت انعطاف زیاد دارد
2- تماس یکنواخت بخارو مایع
3- ظرفیت زیاد
4- افت فشار کم

ب: سینی های نوع جت ( JET TRAYS)
این نوع سینی ها شامل سوراخهائی است بشکل نیم دایره از سطح سینی جدا نیستند بلکه قدری هم بسمت بالا زاویه دارنده لوله سرزیربا ناودان در ان نوع سینی هانیزعیناًمانندنوع فنجانک است(BUBBLE CAP) در این نوع سینی ها نمیتوان خوراک برج را بمقدار زیاد تغییر داد برای اینکه استوانه بالا رونده( RISER ) در این نوع سینی ها وجود ندارد.

ج : سینی های نوع شیری (valve trays)
این نوع سینی ها ماند سینی مشبک است و دارای سوراخهای گردی است که اندازه آنها از سوراخهای سینی مشبک کمی بزرگتر ساخته شده است .
روی این سوراخها صفحاتی قرار دارد که با جریان بخارات در حال صعود بازو بسته میشوند تقریباً مانند شیر یکطرفه بطور اتوماتیک عمل میکنند.
این صفحات در اثر سرعت زیادگاز باز میشوند و هنگامیکه سرعت بخارات ( گازها) بحداقل میرسد بسته میشوندوسبب جلوگیری تخلیه مایع سینی از سوراخها میشوند در نتیجه مانع (DAMPING) در برج خواهند شد.

مزایای سینی های نوع شیری ( VALE TRAYS)
1- قابل استفاده بودن در تغییرات زیاد سرعت بخارو مقدار مایع
2- ارزان تر از نوع فنجانک دار ساخته میشوند.
ایراد این نوع سینی ها هنگامیکه سینی ها کثیف میشوند که در نتیجه کار برج را مختل میسازد .

قاعده کلی عملیات برجهای سینی دار در "پالایش ":
اساس کار برجهای تقطیر تفاوت در نقطه جوش یک مخلوط است با استفاده از این خاصیت فشار و ایجاد تماس زیاد در این مولکولهای مایع و گاز عمل تقطیر انجام میگیرد.
اکنون با استفاده از شکل (19) عملیات برج فوق را توضیح خواهیم داد فرض کنید مخلوطی داریم نصف از مایع پنتان ( (CS H12و مایع هگزان ( C6H14) که خوراک برج را تشکیل میدهد آنرا بوسیله فیدپمپ (FEED PUMP) روی سینی 7 برج وارد مینمائیم .
در مرحله نخست افت فشاری ایجاد خواهد شد و قسمتی از پنتان جداگردیده و بطرف بالا ( TOP) برج صعود نموده و بقیه مایعات از طریق ناودان ها به سینی های پائین سرازیر شده و از پائین برج مقداری از این مایعات که احتیاج به حرارت بیشتری دارند وارد جوشاننده( REBOILER) شده وپس از حرارت لازم بقیه پنتان باقیمانده در مایعات و همچنین مقداری از هگزان که بصورت بخار "گاز " در آمده و از بالای جوشاننده خارج شده و به برج باز میگردد بطرف سینی های بالا صعود مینماید هنگام صعود بطرف بالای برج این بخارات بعلت برخورد با مایعات که بطرف پائین برج در حرکت هستند به مایع تبدیل شده درروی سینی ها تبادل حرارت نموده و چون درجه حرارت آنها متعادل با درجه حرارت سینی ها به ته برج برمیگردند و مجدداً از پائین وارد جوشاننده شده تا عمل تفکیک دوباره انجام گردد این عمل بطور مداوم ادامه خواهد داشت در جوشاننده مایعات سنگین از طریق دیواره سرریز به لوله خروجی ته برج ( BASS) رفته و بوسیله تلمبه مایع ته برج (BOTTOM) از برج خارج میشود.

در این هنگام درجه خلوص محصولات پائین بایستی یک درصد پنتان ونود ونه درصد هگزان باشد همانطوریکه ذکر کردیم بخارات حاصل از جوشاننده (REBOILER) هنگام صعود به بالای برج مرتباً تبادل حرارت کرده و بخارات سنگین تر از دست میدهد سپس از طریق بالای برج ( OVER IIEAD) خارج شده و مقدار آن کنترل میگردد سپس از طریق لوله بالای برج چگالنده ( CONDENSER) گرمای خود را از دست داده و گازها بمایع تبدیل شده و سپس بوسیله خنک کننده کولر (COOLER) خنک شده و وارد انباره (ACCUMOLATOR) میشودکه مایع انباره شده در این ظرف حدود 99 درصد پنتان و یک درصد هگزان خواهد بود مقداری ازآن بنام مایع سرگشتی ریفلاکس (REFLUX) بوسیله تلمبه ریفلاکس برای تنظیم درجه حرارت داخل به برج برگردانده میشود .و ضمناً درجه حرارت بالای برج را نیز کنترل مینماید.
مازاد موجود در انباره بوسیله تلمبه مخصوص و بعنوان محصول بالای برج بنام (OVER HEAD PRODUCT)خارج ومورد استفاده دردیگر واحدها یا انبارشدن به مخازن فرستاده میشود هرگونه تغییر فشار و درجه حرارت بالاو پائین برج و تغییرات در مقدار فشار و درجه حرارت خوراک برج تاثیر مستقیم برروی موحصولات بالاو پائین برج خواهد داشت .
عملیات تفکیک در برج ( FRACTIONTOR) اکثر مخلوط مایعاتی که در صنعت نفت مورد جدا سازی قرار میگیرند از مخلوط چند مواد نفتی بوده لذا لازم است که از آن مخلوط محصولات متعدد در پالایش نفت گرفته شود ترکیباتی که مخلوط یک مایع را تشکیل میدهند اجزاء آن مخلوط خواهند بود و عملیاتی که برای جداسازی اجزاء مخلوط یکدیگر انجام میشود را تفکیک جزء به جزء گویند یا ( FRACTIONATION) اگر قسمتی از مخلوط مایع چند ترکیب تبخیرگردد تراکم اجزاء سنگین در قسمت مایع و تراکم اجزاء سبک در قسمت بخار شده زیادتر خواهد بود نمونه ای از نفت خام شامل اجزاء مختلفی بشرح زیر می باشد:

نفت خام -CRUDE
1- بنزین و گاز GASOLINE
2- نفتا NAPIITA
3- نفت سفید KEROSINE
4- نفت گاز GAS OIL
5- باقیمانده نفت خام(مخلوطی از مواد تقطیر شده موم دار-دیزل وفیول و قیر).
اگر اجزاء نفت خام را دریک برج تفکیک نشان دهیم باقیمانده ته برج نفت خام محصول سنگین ته برج خواهد بود بنام ( BOTTOM PRODUCT ) و محصول فوقانی برج را(OVER HEAD PRODUCT) گویند برای جداسازی یک مخلوط مایع چند ترکیبی وبرای بدست آرودن محصولات متعدد بایستی تغییراتی در برج تقطیر داد چنانچه در شکل (20) جداسازی و تفکیک محصولات متعدد از نفت خام را نشان داده است از این تفکیک و جداسازی اجزاء مختلف نفت خام 5 محصول از این برج بدست میاید که هر کدام در دستگاههای دیگر پالایش و نسبت بدرجه حرارت و نقطه اشتعال لازم به محصولات دیگری که مورد نیاز بازار میباشد بدست خواهد آمد.
دراین نوع برجها تمام اجزاء یک مخلوط موجود بین سنگین ترین و سبک ترین جزء آن دربرج جداشده و به برجهای عریان کننده ( STRIPPERS) واردشده و در هر کدام از این برجها ی عریان کننده جانبی جزء سبکتر را از مایع درون آنها خارج میکنید و مایع باقیمانده در این برجها بعنوان محصول از آنها خارج میگردد و بخارات تمام برجها ی عریان کننده جانبی مجدداً به برج اصلی تفکیک برگردانده میشود. برج تفکیک شامل دو قسمت عریان کننده و اصلاح میباشند که برج عریان کننده قسمت زیرو اصلاح شده به قسمت بالای محل خوراک ورودی گفته میشود.
خوراک ورودی برج قبل از ورود به برج بوسیله کوره حرارتی گرم شده و حرارت لازم را خواهد دید کوره چون توانائی تامین انرژی حرارتی زیادی را دارد در نتیجه روی خوراک واحد موثرتر ازجوشاننده( PEBOILER )
خواهد بود. بنابراین گرمای لازم جهت نفت خام ورودی برج تفکیک توسط یک کوره گرم کننده تامین میگردد عمل تبخیر در پائین برج توسط گرمای بخار آب تزریقی بداخل برج انجام میگردد و گرمای لازم برای انجام عمل تبخیر در بالاتر از محل خوراک ورودی توسط خوراک ورودی گرم شده در کوره پیشین گرم کننده تامین میگردد در هر سینی برج تقطیر مقداری مخلوط مایع وجود داردکه دردرجه حرارتهای معین و خاص خود بجوش میایند و جوشیدن مایع در هر سینی درجه حرارت آن را تعیین مینمایند .
محصول خروجی از ته برج را باقیمانده نفت خام با (REDUCED CRUDE) میگویند بخارات متصاعد شده با مایعات جوشان در اولین سینی قسمت B تماس نموده و هیدروکربن های سنگین موجود آنها بر اثر این تماس و از دست دادن مقداری انرژی حرارتی تبدیل بمایع میشوند بخارات باقیمانده در سینی اول قسمت از طریق بالا رونده و بکمک کلاهک های حبابی وارد مایع موجود درسینی دوم این قسمت میگردند مایع موجود در سینی دوم نیز دردرجه حرارت معینی بجوش میاید که تقریباً مقداری کمتر از درجه حرارت سینی پائین تر از خودمیباشند هنگامیکه بخارات درون این مایع عبور میکنند بخاطر از دست دادن انرژی حرارتی هیدروکربورهای سنگین همراه آن تبدیل بمایع میشوند و مایعات از طریق ناودان ها
( DOWN COMMERS ) به سینی پائین سرازیر شده و بخارات باقیمانده به سینی بالاتر صعود میکند لازم است که مایع و بخارات موجود در بالاترین سینی قسمت B از اجزاء سنگین که جزء محصول ته برج است عاری شده باشد قسمتی از مایع موجود در سینی قسمت به برج دیگری بنام عریان کننده وارد میشود که در این مکان بخارات سبک از مخلوط مایع خارج شده و مایع باقیمانده بعنوان محصول گازوئیل از برج خارج خواهد شد بخارات متصاعدشده ورودی دوباره بداخل برج تفکیک درقسمت B فرستاده میشود که نقطه ای بالاتر از محل خروجی مایع در قسمت B میباشد.
بنابراین مخلوطی از قسمت B وارد برج عریان کننده میشود مایع میباشد بخارات موجود در قسمت B مستقیماً وارد قسمت C میشود و در بالای این قسمت مقداری از مایع موجود درسینی به برج عریان کننده دیگری فرستاده میشود جائیکه بخارات سبک از نفت سفید که محصول این برج میباشد جدامیگردد بخارات مایع از طریق سینی ها سرازیر و باقیمانده به صعود ادامه میدهند درقسمت D برج عریان کنده دیگری قسمتی از مایع موجود درروی سینی بالائی را گرفته و محصولی بنام ( نفتا ) تولید میشود بخاراتی که از این قسمت به برج تفکیک برمیگردند با بخارات موجود در قسمت E یکی شده و بطرف بالای برج حرکت نموده جائیکه گاز و بنزین بعنوان محصول بالای برج ( OVER HEAD VAPOUR) واردچگالنده ها (CONDENSERS) شده و بنزین و گاز تبدیل به مایع میشود قسمتی از این محصول بعنوان برگشتی ریفلاکس با یک میزان و درجه حرارت و فشار کنترل شده به برج اصلی برگشت داده میشود مایع برگشتی ریفلاکس ( REFLUX) بوسیله تلمبه به بالای برج فرستاده میشود تا درجه حرارت بالای برج را متعادل نگهدارد این مایع خنک کننده برگشتی حرارت را ازبخارات موجود در بالای برج گرفته و با این عمل اجزاء سنگین موجود در بخارات بالای برج مایع برگشتی از مایع سرازیر شده سینی بالائی تامین میگردد که از نظر درجه حرارت کمتر از مایع سینی پائین میباشد برای مثال اگر درجه حرارت یک سینی در پائین قسمت B برابر با F 640 در جه فارنهایت باشد به امکان خیلی زیاد و بطور طبیعی درجه حرارت سینی بالائی قسمت C حدود F 240 درجه فارنهایت باید باشد عملیات معمول در برج تفکیک بطور کلی شامل دو عمل همزمان باهم میباشد .
1- جریانی از بخار یا گاز که از پائین بطرف بالا صعود میکند .
2- جریانی از مایع که از طرف بالا بسمت پائین برج سرازیر میگردد.
مقداری از محصول مایع بدست آمده از بخارات بالای برج کهدوباره به آن برگشت داده میشود را مایع برگشتی ریفلاکس ( REFLUX ) گویند و همچنین مایعاتی که ازسینی های بالائی بطرف سینی های پائین سرازیرمیشوند بعنوان مایع برگشتی ریفلاکس محسوب میشوند . مایع برگشتی بطرف پائین برج و بخارات متصاعد شده بطرف بالای برج در هر سینی درجه حرارت مایع آن سینی را کنترل میکند با توجه به درجه حرارت موجود در هر سینی مقداری از مایعات موجود در آن تبخیر و قسمتی از بخارات عبوری نیز مایع خواهند شد. عملیات برج تفکیک برمینای دو عمل شناخته شده فیزیکی " میعان و تبخیر " پایه گذاری شده است که تبخیر و میعان لازم برای عملیات در برج بطورثابت و با اختلاف درجه حرارت بین بخارات صعودی و مایعات برگشتی تعیین میگردند.

عملیات ششگانه راه اندازی یک برج تفکیک :
الف = بازرسی برج تفکیک هنگام تحویل گیری از تعمیرات
ب = آماده کردن تفکیک برای راه اندازی
ج = بکار اندازی برج تفکیک
د = بازرسی برج تفکیک هنگام کارکردن STARTING
ه = بستن برج تفکیک
و = تحویل دادن برج تفکیک به گروه تعمیرات
مرحله اول = بازرسی برج تفکیک هنگام تحویل گیری از گروه تعمیرات
1- بازرسی کنید که داخل برج ـ سینی ـ ناودان هاـ سوراخهای سینی
( RISERS ) قرار گرفته باشند.
2- فنجانک ها ( BUBBLE CAPS) بطور صحیح روی بالا رونده ها
( RISERS) قرار گرفته باشند .
3- ارتفاع سد ( baffle) با ارتفاع بالا رونده ها متناسب باشند.
4- تمام وسائل داخلی مثل توپ شناور ( LEVEL BALL FLOAT) و غیره در محل خود صحیح نصب شده باشند.
5- بازرسی کنید که هیچگونه وسایل اضافی و مواد آتش زا در داخل برج ورودی سینی ها بجا نمانده باشد .
6- کلیه شیرهای ایمنی و فشار سنج ها و شیشه ارتفاع سنج و چاههای حرارتی صحیح در محل خود نصب شده باشند.
7- پس از اینکه تمام بازرسی های فوق را انجام دادید سینی ها را یکی پس از دیگری آزمایش نمائید هر سینی را جداگانه پراز آب نمائید ودقت کنید که نشتی هر سینی در یکساعت کمتر از 1 اینچ باشد.
8- دریچه های ورودی برج را ( MAN WAYS ) بوسیله گروه تعمیرات ببندید و تمام متعلقات خارجی به برج را بازرسی نمائید که محکم درمحل خود نصب شده باشند .
9- برج را بوسیله بخار آب یا گاز بی بو و یا هوا تحت فشار قرار دهید. افت فشار را بوسیله فشار سنج هائی که درنقاط مختلف برج کار گذاشته شده در نظر بگیرید. و برای بهتر بازرسی کردن نشتی های یک برج هنگام فشار گرفتن از کف صابون استفاده نمائید و بدور تمام نقاط لازم برج بخصوص دروازه ها کاپلینگها ، پلاک ها ، فلنج ها ، و سایر اتصالیهای مربوطه به وسایل ابزار دقیق و فشار سنج ها و لوله های آن تا چنانچه نشتی داشته باشد مشخص و جهت رفع آن قبل از راه اندازی اقدام نمائید .
10- پس از آزمایش برج فشار داخل برج را خالی کنید .
11- تمام لوله بندها ( BLANKS ) را بوسیله گروه تعمیرات در وضعیتی قرار دهید که هنگام راه اندازی لازم باشد.
12- تلمبه ها و قسمت های مربوطه مانند خوراک ـ محصولات بالاو پائین ـ مایع برگشتی ریفلاکس و لوله های تخلیه مایع و هوا را دروضعیت راه اندازی قرار دهید.

مرحله دوم = آماده کردن برج تفکیک جهت راه اندازی
الف = ( LINE UP ) را بازرسی کنید که تمام مسیرها لوله های ورودی خوراک وخروجی و مایع برگشتی ریفلاکس و محصولات فوقانی و پائین برج از نظر صفحات مسدود کننده در وضعیت راه اندازی قرار گرفته باشند.
1- فشارسنج هاو ارتفاع سنج های سطح مایع و سایر دستگاههای ابزار دقیق سالم و صحیح نصب شده باشند .
2- تلمبه ها ( PUMPS) و شیرهای کنترل و شیرهای ایمنی کاملاً سالم و صحیح نصب شده باشند.
3- سوراخ گیرها( PLUGS) هواکش (VENTS) و لوله بندها
( BLANKS) در مسیر لوله ها صحیح نصب شده و دروضعیت راه اندازی قرار گرفته باشند.
ب = خارج کردن هوا یا گاز بی بو از درون برج را( PURGING) میگویند چون برج قبلاً بوسیله هوا یا گاز بی بو آزمایش شده است و بنابراین داخل برج گاز یا هوا وجود دارد و هنگام راه اندازی با بازکردن حرارت " مثلث احتراق" بوجود میآید و امکان انفجار و آتش سوزی میباشد لذا بایستی گازها و اضافی داخل برج را خارج نمود و آنهم بوسیله دو طریق فرستادن بخار آب بداخل برج صورت میگیرد و خارج شدن بخار خشک از طریق لین تخلیه هوا ( VENT) و مایع بخار از طریق لوله تخلیه مایع ( DRAIN) عملیات تخلیه گازها و هوای اضافی درون برج انجام میگیرد که درقسمت بستن برج مفصلاً توضیح داده شده است .
مرحله سوم = عملیات راه اندازی برج تفکیک
1- آب چگالنده ها خنک کننده ها بازشود ( CONDENSERS AND COOLERS)
2- گرفتن مایع برای برج لول LEVEL
3- خوراک دستگاه را بوسیله تلمبه به برج خواهیم فرستاد و حدود 70 تا 75 درصد محل مایع را که بوسیله شیشه ارتفاع سنج (GAUGE GLASS) مشخص شده است پر میکنیم .
4- خوراک دستگاه را روی حالت گردشی میگذاریم " سلکویت "
5- حرارت را بازکرده وشروع به بالابردن میکینم ( WARNING UP) بوسیله منبع حرارتی یا STEAM و یا کوره حرارتی در نتیجه مواد برج بصورت گاز در آمده و از بالای برج بیرون خواهند رفت در این موقع گازها پس از عبور از چگالنده ها جهت مایع شدن و خنک کننده ها وارد انباره شده ووقتی اندازه انباره حدود 30 تا 40 درصد اندازه مایع را نشان داد تلمبه مایع برگشتی ریفلاکس ( REFUX) را به برج راه اندازی نمائید .
6- از محصولات فوقانی (OVER HEAD PRPDUCT) نمونه گیری نموده است ووقتی نتیجه آزمایش خوب بود و محصولات بالاو پائین را به مخازن یا واحدها ی مورد نظر ارسال میکنیم .

مرحله چهارم = بازرسی برج تفکیک هنگام کار
1- فشار سنج ها را بازرسی کنید که فشار های مورد نظر را نشان بدهد
2- درجه حرارت آب خروجی چگالنده ها و خنک کننده ها بازرسی شوند که از حد لازم تجاوز نکرده باشد
3- مقدار آب ورودی به چگالنده ها و خنک کننده ها بازرسی شود که در حد لازم باشد
4- کنترل کننده فشار ( PRESSURE CONTROLER) را بازرسی نمائید که سالم باشد .
5- درجه حرارت مواد خروجی از برج مثل محصول فوقانی و مایع برگشتی به برج و مقدار آنها بازرسی شوند
6- اندازه سطح مایع را دربرج ( LEVEL) بازرسی کنید که درحد لازم باشد تا عمل تفکیک بخوبی انجام شود بنابراین اندازه گیر(شیشه ای GAUGE GLASS) را دربرج مرتباً بازرسی نمائید.
7- تمام فلنج ها و دریچه های ورودی ( MAN WAYS) شیرها ـ سوراخ گیرها ( PLUGS) و غیره مورد بازرسی قرار گیرد که نشتی نداشته باشد.
8- برج را از نظر سرو صدای غیر عادی و لرزش ( VIBRATION ) بازرسی کنید.

مرحله پنجم = بستن برج تفکیک ( SHUT DOWN)
1- همزمان با کم کردن خوراک دستگاه ( FEED) درصدحرارت را کم میکنیم
2- اندازه سطح مایع در برج در مخزن مایع برگشتی ( REFLUX DRUM) و محصول فوقانی بایستی یکنواخت باشد.
3- خوراک را بحداقل میرسانیم و بهمین نسبت درجه حرارت رابه حداقل میرسانیم بطوری که مشخصات محصولات تغییر نکند.
4- خوراک و حرارت را کاملاً قطع مینمائیم .
5- تمام محصولات انباره( ACCUMOLATOR) را بصورت مایع برگشتی ( ریفلاکس ) به برج برگردانده تا برج خنک شود.
6- در این موقع تمام محصولات را ازطریق ( BOTTOM) به ( SLOPS) خواهیم فرستاد چون مشخصات آنها مورد رضایت نیست .
7- تمام شیرها ی ورودی به برج و خروجی از برج را بسته فقط از طریق لوله خروجی پائین برج مواد خالی شود در این حالت اگربرج درفشار گاز است آنرا از طریق لوله مخصوص به مشعل ( FLEAR) تخلیه مینمائیم .
8- برای خالی کردن گاز از داخل برج از بخارآب ( STEAN) با روش باز ( OPEN STEAM) استفاده میکنیم در اینحالت بخار را از قسمت پائین برج وارد کرده و شیر تخلیه گاز ( VENT) را که دربالای برج قرار گرفته باز میگذاریم تا تمام گازهای اضافی داخل برج خارج شده ووقتی بخار خشک از طریق لوله تخلیه ( VENT) را بسته و بخار دیواره و سینی های داخل برج را خواهد شست دراین حالت تمام بخار آب بصورت مایع درآمده و از بالاتا پائین برج را شسته و از طریق شیر تخلیه مایع ( DRIN) که در پائین برج قرار دارد خارج میشود تا برج کاملاً از مواد نفتی و قابل اشتعال تمیز گردد که این قاعده را شست برج با روش بسته بوسیله بخار آب یا ( CLOSE STEAM) گویند.

مرحله ششم = تحویل برج به گروه تعمیرات
1- پس از اینکه از دو طریق ذکر شده شستن برج بوسیله بخار آب با روش بازوبسته استفاده کردیم .
2- بوسیله دستگاه نشان دهنده گاز ( GAS INDICATIOR) آزمایش لازم را بعمل خواهیم آورد تا مطمئن شویم که داخل برج خالی از هر نوع مواد آتش زا و قابل اشتعال باشد.
3- وقتی مطمئن شدیم که داخل برج کاملاً از گاز و مواد قابل اشتعال پاک است به گروه تعمیرات اجازه کار گرم جهت انجام تعمیرات درداخل برج و بازکردن ( MANWAYS) دریچه های برج را صادر خواهیم نمود.

بستن اضطراری یک برج
گاهی اوقات ممکن است بعللی از قبیل قطع شدن آب دستگاه یا قطع شدن برق و یا بصورت اضطراری لازم است برج بسته شود.
1- بستن فوری منبع حرارتی وبستن شیرهای آن
2- بستن فوری خوراک دستگاه ( FEED) بوسیله قطع کردن تلمبه خوراک و شیرهای مربوط به برج
3- بستن شیرهای محصولات و غیره
4- خالی کردن محتویات برج و محصولات آن به مخازن لازم ومواد زائد به مخازن ( SLOPS)
5- خالی کردن برج از گازهای قابل اشتعال بوسیله بخار آب درصورت نیاز
دستگاههای دیگر پالایش که درتقطیر و تفکیک نفت موثر هستند عبارتند از:
انباره یا ( ACCUMOLATION ) مبدلهای حرارتی مانند هیت ایکس ـ چگالنده ها ـ کولرها یا خنک کننده های هوائی (AERIAL COOLERS) و انواع آن سرد کننده چیلر ( CHILLER) گرم کننده یا ( REBOILER) و انواع آن بارومتریک گاندنسر ( BAROMETRIVC CONDESER) وکوره حرارتی ( FURNAACE).

انباره یا اکومولیتور( ACCUMOLATOR)
ظرف مخصوص محصولات فوقانی برجها است این ظرف دارای مخزن کوچکی است که برای جمع شدن آب درون انباره بکار میرود مخزن کوچک
( BOOT) یا گج پات نام دارد و اندازه آب جمع شده بوسیله نشان دهنده سطح مایع شیشه ارتفاع سنج ( GAUCE CLASS) و چنانچه آب در مخزن کوچک جمع شود بوسیله بازکردن شیر تخلیه ( DRAIN) آب که در انتهای ظرف کار گذاشته شده آبهای اضافی آن را تخلیه خواهد نمود.
حدود تقریبی قطر این انباره ها تقریباً اندازه قطر برج واحد مربوطه ساخته میشود و طول آن به اندازه های لازم که مورد نیاز واحد است ورودی این ظرف دارای پخش کننده مخصوصی است که جریان ورودی را بخوبی مخلوط مینماید قسمت مایع نفتی آن دارای سیستم نشان دهنده و کنترل کننده سطح مایع بوده ولی قسمت آب آن فقط نشان دهنده سطح آب دارد.
خروجی گاز مخزن به سیستم مشعل ( FLARE) راه دارد بخارات خارج شده از بالای برج پس از خروج از چگالنده ها ( CONDENSERS) بصورت مایع درآمده و جهت انبار شدن وارد این ظرف میشود فشار طراحی شده برای این ظرف بستگی به نوع برجها و فشار ودرجه حرارت آنها دارد غالباً حدود 270 پوند بر اینچ مربع و درجه حرارتی معادل با 240 درجه فارنهایت میباشد مایعات واردشده در این ظرف بوسیله تلمبه که قسمتی از آنها مایع برگشتی یا ( REFLUX) به برج برگردانده میشود و قسمتی دیگر بوسیله تلمبه و بعنوان محصول بالای برج یا ( OVER HEAD) بمخازن مربوطه یا واحدهای دیگر ارسال خواهد شد.
اندازه سطح مایع را دراین ظرف به سه طریق میتوان تشخیص داد:
1- بوسیله شیشه ارتفاع سنج ( GAHGE CLASS)
2- بوسیله گیج ایندیکتور که برحسب ارتفاع مدرج شده است
3- بوسیه فلوت اندازه آن مشخص میشود و هنگام کم و زیاد شدن بوسیله سوت هشدار دهنده مسئول دستگاه را از وضعیت اندازه مایع (LEVEL) مطلع میکند.
‹‹ HI CHAND LOW LEVEL ALARM››

ظروف محصول بالائی برجها با (RECIEVERS)
ظروف محصول بالائی برجها تقریباً دارای ساختمانی شبیه بهم هستند که دراینجا ظروف محصول بالائی تثبیت کننده را مورد بررسی قرار میدهیم.
هدف از ایجاد دستگاه تقطیر نفت خام، تفکیک اولیه نفت خام به برش های نفتی مختلف میباشد.
ظرفیت دستگاه فوق 100000 بشکه در روز بوده و خوراک این واحد از اهواز ارسال میگردد.
تولیدات این دستگاه به شرح زیر است :
بوتان و گازهای سبک تر از آن جهت تصفیه بیشتر در واحد گاز مایع (2549 بشکه در روز) ، بنزین سبک L.S.R.G (5309 بشکه در روز )، بنزین سنگین H.S.R.G (12650 بشکه در روز )، برش نفت جهت مخلوط کردن با بعضی از فرآورده ها و یا تصفیه مجدد(4000 بشکه در روز)، نفت سفید(14000 بشکه در روز)، نفت گاز سبک Light Diegel (17000بشکه در روز) ،نفت سنگین Heavy Diegel (6000 بشکه در روز)، میزان تولید خوراک واحد آیزوماکس (Isomax Feed )، برش Lude Cut و برش Vacuumbottom,Vacum Slops بستگی به نوع عملیات در واحد تهیه روغن پایه Lube unit دارد.لذا تغییرات میزان استخراج خوراک واحد آیزوماکس از 1137 تا 17000 بشکه در روز میباشد.
مقدار 2400 بشکه در روز SAE-10 و 16400 بشکه در روز SAE-30 یا مقدار 4000 بشکه SAE-20 و 10000 بشکه در روز SAE-40 میتوان در عملیات واحد تهیه روغن پایه تولید کرد.
زمانیکه SAE-10/30 تولید میشود مقدار 3300 بشکه در روز محصول Vacuum Slops حاصل میشود که جهت مخلوط کردن با سوخت نفت سنگین Heavy oil fuel بکار میرود.
مقدار 19400 بشکه در روز vacuum bottom به واحد غلظت شکن و مقدار 5700 بشکه در روز به واحد تهیه قیر Asphalt Plant ارسال میشود.
جهت افزایش میزان استخراج برشهای Isomax Feed Vacuum Slops
Vacum bottom, زمانیکه واحد تهیه روغن پایه Lube unit در سرویس نباشد، پیش بینی های لازم بعمل آمده است.
اطلاعاتی که در صفحات بعدی تهیه شده است جهت ارائه مفاهیم پایه و اساسی مورد لزوم برای عملیات واحد میباشد.

شرح عملیات PROCESS DESCRIPTION
دستگاه تقطیر نفت خام ، بوسیله عمل تقطیر، نفت خام را به برش های مختلف تفکیک میکند.
تعدادی از برش های نفتی بدست آمده در این واحد، مستقیم قابل عرضه به بازار نیستند لذا با ارسال آنها به واحدهای دیگر، عملیات تصفیه ثانویه Secondary Processing بر روی آنها انجام میشود تا محصولات قابل عرضه به بازار بدست آید.
1-واحد تقطیر در جو ATMOSPHERIC SECTION
نفت خام بوسیله تلمبه A,B 2P-2004 از مخازن به واحد ارسال شده و با فشار 285Psig و حرارت 50 تا 90 درجه فارنهایت به دستگاه تقطیر میرسد. بعد از اندازه گیری و ثبت مقدار آن بوسیله ثبات جریان 2fR-101 نفت خام جهت جذب حرارت از برش های نفتی مثل: نفتا، نفت گاز سنگین، نفت سفید، نفت گاز سبک، خوراک واحد آیزوماکس، SAE10/20 و خوراک واحد آیزوماکس به ترتیب وارد مبدل حرارتی :
2E-105 , 2E-154 , 2E-106 ,2E-107 ,2E-156
2E-182 .2E-157 ,2E-155
می شود. سپس با دمای 350-370 درجه فارنهایت و فشار کافی جهت اجتناب از تبخیر نفت خام و باقی ماندن آن به حالت مایع در داخل سیستم تبادل حرارتی، از آخرین مبدل خارج میشود.
نفت خام که گرمای اولیه را بدست آورده پس از خروج از مبدلهای حرارتی وارد شیر کنترل 2LRC شده و در میان این شیر کنترل نفت خام منبسط میشود، بطوریکه فشار آن به 31 پوند بر اینچ مربع و درجه حرارت آن به 323-340 درجه فارنهایت میرسد.
در این حالت نفت خام وارد ظرف Flash Drum 2V-101 میشود.
در ظرف 2V-101 گرمای محسوس مایع نفتی به اندازه کافی میباشد تا قسمتی از نفت خام تبخیر و بیشترین آب همراه با آن به بخار تبدیل گردد.
نفت خام که مواد سبک آن جدا شده است بوسیله تلمبه 2P-101A.B از ظرف 2V-101 تلمبه میشود و پس از عبور از مبدلهای حرارتی 2E-159 و 2E-184 و 2E-158 بترتیب با ته مانده برج خلاء و SAE30/40 و ته مانده برج خلاء تبادل حرارت کرده و پس از اینکه درجه حرارتش به 470-460 درجه فارنهایت رسید به هشت شاخه تقسیم میگردد. بطوریکه مقدار جریان مایع در هر شاخه بوسیله شیرهای کنترل 2FRC-103A-R کنترل میشود، سپس در قسمت Convection از کوره 2H-101 وارد کوره شده و پس از عبور از ناحیه Convection و ناحیه تشعشع Radiant ، نفت خام که بصورت مخلوط مایع و بخار Vapor در آمده است از کوره 2H-101 با حرارت 680 درجه فارنهایت خارج میشود و هشت شاخه خروجی از کوره مجدداً با هم مخلوط شده و از طریق لوله ای موسوم به Transfer است پس از اینکه با گازهای خروجی از بالای Flash Drum 2v-101 مخلوط شد با درجه حرارت 634 درجه فارنهایت از ناحیه Flash ZONE برج تقطیر در اتمسفر وارد این برج میشود.کنترل کنده درجه حرارت خروجی کوره 2H-101 یعنی 2TRC-101 مقدار سوخت را به کوره فوق طوری تنظیم میکند که درجه حرارت منطقه بخار Flash Zone مربوط به 2V-102 همواره به میزان 634 درجه فارنهایت باقی بماند.
بخار آب 60 پوند از طریق پنج شاخه در قسمت Convection وارد کوره 2H-101 میشود و پس از عبور در این قسمت از کوره تبدیل به بخار خشک Super Heated Steam با حرارت 600 درجه فارنهایت میشود.اگر درجه حرارت بخار از 600 درجه فارنهایت تجاوز کند شیر کنترل 2TIC-105 که در مسیر آن قرار دارد باز میکند و مقداری از بخار را به اتمسفر تخلیه میکند بنابراین مقدار جریان بخار بداخل کوره افزایش میابد تا درجه حرات کم شود و به 600 درجه فارنهایت برسد. در شرایط عادی مقدار 13.8041b/hr از بخار آب خشک از طریق شیر کنترل 2FRC-105 و در قسمت زیر سینی 1 وارد برج 27-102 میشود.

مایع از منطقه بخار Flash Zone بطرف پائین سرازیر شده و از هر سینی که در قسمت جدا کننده Stripping Steam که از میان سینی ها بطرف بالای برج در حرکت میباشد برخورد میکند، لذا قسمتی از مواد سبک درون مایع به بخار تبدیل میشود و همراه با بخار آب وارد منطقه بخار Flash Zone میگردد. نفت خام عریان شده (Stripped Crude در قسمت ته برج اتمسفر یک جمع کننده، بوسیله تلمبه 2P-108 به سیستم برج خلاء یا مخازن فرستاده میشود.
بخارات مواد نفتی و بخار آب که از منطقه بخار Flash Zonne صعود میکنند،وارد سینی 6 که از نوع غربالی Sievetray میباشد شده و در این سینی با مایعی که بالای برج بطرف پائین در جریان هست تماس پیدا میکند.بخارات نفتی که نقطه جوش بالائی دارند (سنگین تر هستند)در اینجا بمایع تبدیل میشوند و بخارات نفتی که نقطه جوش پائین تری دارند بصورت بخار باقی میمانند و این سینی را بطرف بالای برج ترک میکنند. در نتیجه ترکیب هر دو فاز مایع و بخار تغییر میکند. این عمل روی هر سینی تکرار میشود. قسمتی از مایع سینی 15 از برج 2v-102 خارج شده وروی سینی 6 از برج 2V-107 (عریان کننده نفت گاز L.D Stripper میریزد. میزان جریان این مایع بوسیله کنترل کننده سطح مایع در ته برج 2V-107 کنترل میشود. بخار آب خشک Super Heated Steam از کوره 2H-101، پس از اینکه مقدار آن بوسیله شیر کنترل جریان مایع کنترل شد. از زیر سینی 1 وارد برج 2V-107 میشود. تلمبه 2P-107A,B محتویات ته برج 2V-107 (نفت گاز سبک) را به مخازن تلمبه میکند، ضمن اینکه مقدار جریان آن نیز کنترل میگردد. محصول نفت گاز سبک، در جوشاننده 2E-104 حرارت خود را جهت به جوش آوردن نفت به آن میدهد. سپس درصد حرارتی 2E-107 با نفت خام تبادل حرارت کرده و پس از خنک شدن در پنکه هوایی 2E-109 و کولر 2E-112 با آب خنک کننده به مخازن فرستاده میشود.
مواد سبک جدا شده از نفت گاز و نیز بخار آب تزریقی به 2v-107 از بالای این ظرف خارج میشوند. پس از ورود به روی سینی 15 از برج 2V-102 ، با بخارات متصاعد از آن یکی شده، به بالای برج صعود میکنند مقداری از مایع سینی 27 که از برج اتمسفریک خارج میشود. روی سینی 8 از برج 2V-106 (عریان کننده نفت سفید Kerosene Stripper میریزد. مقدار آن توسط شیر کنترل 2LRC-104(کنترل کننده سطح مایع در ته برج 2V-106 تنظیم میشود. محتویات ته برج 2V-106 بوسیله تلمبه 2P-105 به دو مسیر تلمبه میگردد. شاخه اول پس از تبادل حرارت با نفت خام در 2H-102(Kerosen Heater ) میگردد.چهار شاخه نفت سفید پس از گرم شدن در کوره و خروج از آن بیک شاخه تبدیل شده از زیر سینی 1 وارد برج 2v-106 میشود. گازهای جدا شده از نفت سفید از قسمت فوقانی 2V-106 خارج شده و از بالای سینی 27 وارد برج 2V-102 میگردد و همراه با بخارات این سینی به بالای برج صعود میکنند. مقدار دیگری از مایع سینی 27 که از برج 2V-102 خارج میشود، بوسیله تلمبه 2P-106A,B تلمبه میشود. خروجی این تلمبه وارد، جوشاننده 2E-1160 مربوط به برج 2V-110 (برج تثبیت کننده) میشود و پس از تبادل حرارت در این جوشاننده از آن خارج شده و سپس درکولر هوائی 2E-108 سرد شده (با تغییر زاویه پروانه های پنکه درجه حرارت مایع در این کولر هوایی کنترل میشود) پس از عبور از شیر کنترل 2FRC-106 بعنوان مایع برگشتی چرخشی Reflux circula روی سینی 29 از برج 2v-102 میریزد. این مایع برگشتی مقداری از حرارت بخارات متصاعد شده از Flash Zone و گازهای جدا شده در 2v-107 و 2v-106 را جذب میکند، بنابراین بخارات تشکیل دهنده محصولات نفت سفید و نفت گاز سبک را به مایع تبدیل میکند.
و همچنین سبب تولید ریفلاکس داخلی در زیر سینی 29 میشود که با بخارات نفتی روی هر سینی تماس پیدا میکند
مایع سینی 37 از برج 2v-102 خارج شده و روی سینی 8 برج 2v-105 (عریان کننده نفت Belending Naphta Stripper )میریزد. مقدار جریان این مایع بوسیله شیر کنترل سطح مایع در ته برج 2v-105 تنظیم میشود. نفتای عریان شده از مواد سبک بوسیله تلمبه 2p-14A,B از 2V-105 خارج میشود و پس از اینکه در مبدل حرارتی 2E-105 با نفت خام و در 2E-110 با آب خنک کننده تبادل حرارت کرد، مقدار آن کنترل شده و به مخازن میرود. مایع سینی 1 برج 2V-105 به جوشاننده 2E-104 (در این مبدل نفت با نفت گاز تبادل حرارت میکند) میرود، سپس مخلوط مایع و بخار به زیر سینی 1 برگردانده میشود (در اینجا گازهای سبک از نفت خام جدا میشود). شیر کنترل 2FRC-108 کاملاً مقدار گرمای داده شده به نفت را بوسیله عبور نفت گاز سبک به این جوشاننده 2E-104 تنظیم میکند.
گازهای جدا شده از نفت در 2V-105 پس از خروج از بالای این برج، از بالای سینی 37 در برج 2V-102 باین برج وارد میشود، که همراه با گازهای این سینی به بالای برج اتمسفر متصاعد میگردد.بخار مواد نفتی با حرارت 314-298 درجه فارنهایت و فشار 21 پوند بر اینچ مربع از بالای برج 2V-102 خارج شده، سپس وارد خنک کننده های هوایی 2E-101 میشود. با فشار 15 پوند بر اینچ مربع و حرارت 237-219 درجه فارنهایت مجموعه گاز و گاز مایع در 2V-103 (ظرف مایع برگشتی برج اتمسفریک Atmospheric columo Reflux Accumulator ) جمع میشود.
بوسیله A,B 2P-102 از این ظرف مایع برگشتی به بالای برج اتمسفریک روی سینی 43 می ریزد، بطوریکه مقدار آن توسط 2TRC-123 که درجه حرارت بالای این برج را کنترل میکند تنظیم میشود.
کار این مایع برگشتی Topreflux خنک کردن گازهای متصاعد شده از سینی 43 ، و گازهای خارج شده از 2v-105 و مایع کردن محصول نفتا و ضمناً تامین مایع برگشتی داخلی (Internal Reflux ) جهت گازهای متصاعد شده از سینی 29 این برج میباشد. اگرسطح مایع در ظرف 2V-103بالا در اینصورت کنترل کننده سطح مایع در این ظرف یعنی107 2LRS- باز میکند و مایع اضافی را ازطریق
2E-102 به داخل ظرف 2V-10میفرستد. آب جمع شده در ته ظرف
(2V-103 Boot)2V-103بوسیل 2LC-106به ته ظرف
(2V-104 . Boot ) 2V-104 جاری میشود . بخار مواد نفتی که از بالای ظرف2V-103 خارج می گردد پس از خنک شدن در خنک کننده های هوایی وکولر های آبی2V-103 با حرارت 100 درجه فارنهایت و فشار 10-8 پوند بر اینچ مربع در ظرف 2V-104 جمع می شود .
دراینظرف (Atmospheric column overhead product Accumulater) بخار مواد نفتی از ظرف جدا می گردد تلمبه2p-103A,B مایع این ظرف را به سیستم تصفیه و تثبیت بنزین تلمبه می کند . در مسیر این جریان شیر کنترل و یک نم گیرcoalescer 2V-115 ( جدا کننده آب از مواد نفتی ) وجود دارد . سیستم کنترل سطح مایع در ظرف 2V-104روی شیر کنترل2frc -115تنظیم شده است بطوریکه شیر فوق ضمن اندازه گیری جریان مایع سطح مایع در ظرف را نیز کنترل می کند .آب ترش در ته ظرف جمع می گردد و سپس به وسیله تلمبه 2p-110 به سیستم آب ترش فرستاده می شود اگر اتفاق بیافتد که تلمبه2p-110 احتیاج به تعمیر داشته باشد یا به عللی از کار بیافتد یک لوله میان بر (By pass)جهت هدایت کردن آب ترش به سیستم آب ترش برج خلا و از آنجا بوسیله تلمبه به سیستم اب ترش پالایشگاه پیش بینی شده است .
گازهای خارج شده از ظرف2V-104 پس از عبور از ظرف2V-104 اگر مایع همراه با گاز از ظرف خارج شود قبل از ورود به کمپرسور در این ظرف جدا شده سپس تخلیه می گردد وارد مرحله اول کمپرسور می گردد . گازیکه از مرحله اول کمپرسور خارج می شود در کولر2E-12خنک شده و سپس وارد ظرف میگردد . مایه این این ظرف بوسیله تلمبه 2P-119A,B به سیستم تصفیه و تثبیت بنزین تلمبه می شود ( در مسیر این جریان 2FR-121 و شیر کنترل تنظیم کننده مسطح مایع در ظرف 2V-119 قرار دارد ) یک مقدارکم آب در ته ظرف2V-104 جمع می شود که متناوبا به ته ظرف تخلیه می گردد . گاز خارج شده از ظرف 2V-119 وارد مرحله دوم کمپرسور میشود و پس از خروج از آن به برج2V-602 در واحد گاز مایه می رود .
فشار برج 2V-102 بوسیله2prc-102 کنترل می شود اگر فشار سیستم بالا رود شیرکنترل2pic-103 باز می کند و گاز را به مشعل پالایشگاه میفرستد
( معمولا این شیر بسته است ) اگر فشار2V-102 کم شود شیر کنترل
2prc-102باز می کند و قسمتی از گازهای خروجی مرحله دوم کمپرسور را به ورودی پنکه های(2C-101) میفرستد و فشار سیستم را بالا میرود .
( زمانیکه کمپرسور در سرویس نباشد از سیستم fuel gas پالایشگاه برای تامین گاز به ورودی استفاده می شود )

– واحد تقطیر در خلا vacuum section
باقی مانده نفت خام reduced crude بوسیله تلمبه 2P-108 A,B از ته برج 2V-102خارج می شود . در صورتیکه برج تقطیر در خلا در سرویس نباشد باقی مانده فوق پس از عبور از مبدل های حرارتی مربوط به ته مانده برج خلا به2V-151 مخازن نفت کوره میرود.دراین حالت شیر کنترل
2Frc-178 که جهت کنترل سطح مایع در ظرف2V-102 با2LRc-102 تنظیم شده است مقدار این جریان را کنترل می کند . اما اگر برج تقطیر در خلا 2V-151 در سرویس باشد ته مانده برج تقطیردر اتمسفر پس از اینکه بوسیله تلمبه2p-108 A,B از برج اتمسفر یک خارج شد با مایعی که از سینی6 برج تقطیر در خلا خارج می گردد ( مایع خارج شده از سینی 6وارد ظرفvacuum recycle drum 2V-153 میشود سپس بوسیله تلمبه2V-156 A,B از این ظرف خارج می گردد پس از عبور شیر کنترل که سطح مایع ظرف 2V-153 را کنترل میکند به خروجی تلمبه2p-108 A,B تزریق میشود ) مخلوط شده و به عنوان خوراک برج خلا به هشت شاخه تقسیم می گردد ( در مسیر این شاخه ها شیرهای کنترل جریان مایع
2frc-165 A-H قرار دارد . این شیر های کنترل از طریق2HS178کنترل کننده مسطح مایع در ته برج 2V-102 تنظیم شده است که علاوه بر اندازه گیری جریان هر شاخه سطح مایه را در برج2V-102 نیز کنترل می کنند ) هشت شاخه مذکور پس از عبور از قسمتهایوتشعشعRadiant از کوره2H-
151 ( کوره برج خلا ) و گرم شدن در این نواحی از کوره خارج می شوند . هشت شاخه پس از خروج از کوره تبدیل به یک شاخه و از طریق لوله انتقال دهنده transferlineدرقسمت flashzone از برج خلا ( روی سینی 5 ) وارد برج 2V-151میشود . کنترل کننده درجه حرارت2trc-165 با تنظیم مقدار سوخت به کوره 2H-151 حرارت لوله انتقال دهنده transfer line را کنترل می کند .

فروشوئی و استخراج
درباره روش های حذف یک ماده از جامد یا مایع توسط حلال مایع بحث می شود. این روش ها بر دو دسته اند: (1) فروشیئی یا استخراج از جامد، که برای حل ماده انحلال پذیری به کار می رود که با جامد انحلال ناپذیری مخلوط شده است. (2) استخراج از مایع، که برای جدا سازی دو مایع مخلوط شدنی با استفاده از حلالی است که ترجیحاً یکی از آنها را حل می کند. گرچه هر دو فرایند اصول مشترکی دارند، به علت تفاوت نوع دستگاههای مورد استفاده و کمی هم به خاطر اختلاف نظریه های مربوط به هر روش، آنها را به طور جداگانه بررسی می کنیم.

فروشوئی
فروشوئی با شستشوی جامدات صاف شده، و دستگاه فروشوئی خیلی شبیه بخش شستشوی صافی های مختلف است. در فروشوئی، مقدار ماده انحلال پذیر حذف شده اغلب بیش تر از آنچه است که در شستشوی معمولی صاف سازی خذف می شود، و خواص جامدات در ضمن فروشویی ممکن است خیلی تغییر کند. جامدات خوراک ریز و درشت، سخت یا دانه ای پس از حذف محتوی ماده انحلال پذیر شان ممکن است به صورت خمیر درآیند.

دستگاه فروشویی
اگر جامدات، در تمام عملیات فروشویی، توده باز و نفوزپذیری را تشکیل دهند، حلال ممکن است از بستر هم نزده جامدات تراوش کند. اگر جامدات یا مواد نفوز پذیر در فروشویی خرد شوند، جامدات در حلال پراکنده و سپس از آن جدا می شوند. هر دو روش ممکن تاست به صورت ناپیوسته یا پیوسته باشند.
فروشویی با تراش در بستر جامدات ساکن
فروشویی با تراش در بستر جامدات ساکن در مخزنی انجام می شود که ته آن متخلخل است؛ این مخزن جامدات را نگه می دارد و حلال را عبور می دهد. جامدات وارد مخزن می شوند، و روی آنها آنقدر حلال پاشیده می شود تا محتوی حل شونده در آنها به حداقلی که از نظر اقتصادی قابل قبول است برسد و استخراج انجام شود. در بعضی موارد، آهنگ انحلال به قدری سریع است که فقط یک مجرا برای حلال در ماده کفایت می کند اما، اغلب، از جریان ناهمسوی حلال در مخزن هایی که به طور سری قرار دارند استفاده می شود. در این روش، در مخزن حاوی جامدی که تقریباً به طور کامل استخراج شده است حلال تازه وارد می شود. این حلال در چند مخزن سری جریان می یابد و سرابجام از مخزنی که تازه بار شده است خارج می شود. این مجموعه مخزن ها را زنجیره استخراج می گویند.
جامد در هر یک از مخزن ها ساکن است تا این که کاملاً استخراج شود. لوله کشی بین مخازن طوری است که امکان ورود حلال تازه به هر مخزن و خروج محلول غلیظ از هر مخزن وجود دارد، و می توان یک مخزن را به طور همزمان تغذیه و تخلیه کرد. سایر مخزن های زنجیره را با ورود و خروج همزمان مواد در آنها می توان در عملیات ناهمسو نگه داشت. این را فرایند شنکز می گویند.
در بعضی از حالات فروشویی با بستر جامد، حلال فرار است و باید از مخزن های بسته ای که تحت فشار کار می کنند استفاده شود. برای راندن حلال از بستر بعضی جامدات با نفوذپذیری کم نیز فشار لازم است. مجموعه ای از این مخزن های فشاری را که با جریان ناهمسو کار می کنند زنجیره پخش می گویند.

فروشویی با بستر متحرک
در دستگاه هایی که در شکل الف نشان داده شده اند، جامدات با کمی همزدن، یا بدون آن، در حلال به حرکت در می آیند. استخراج کن بولمن (شکل الف) دارای بالابر جامی در محفظه بسته ای است. ته جام ها سوراخ دار است. در گوشه سمت راست بالایی دستگاه، همان طور که در شکل نشان داده شده است، جام ها با مواد جامدی مانند دانه های سویا می شوند و، ضمن حرکت رو به پایین، روی آنها مقدار مناسبی نیم میسلی پاشیده می شود. نیم میسلی حلالی است که حاوی مقداری روغن استخراج شده و مقدار کمی ذرات جامد است. با جریان ناهمسوی جامدات و حلال در سمت راست دستگاه به طرف پایین، حلال روغن بیش تری از دانه های سویا می گیرد. به طور همزمان، ذرات ریز از حلال حذف می شوند، به طوری که فول میسلی زلال را از چاهک سمت راست که در پایین محفظه قرار دارد می توان پمپ کرد. وقتی دانه های سویای کمی استخراج شده در سمت چپ دستگاه به طرف بالا می روند، جریانی از حلال خالص در آنها به طور ناهمسو تراوش می کند. این جریان در چاهک سمت چپ جمع می شود و به مخزن ذخیره نیم میسلی پمپ می شود. دانه های سویای کاملاً استخراج شده از جام هایی که در بالای بالا بر قرار دارند به داخل قیفی ریخته می شوند و از آنجا توسط نوار نقاله های پره دار حمل می شوند. ظرفیت دستگاههای رایج از 50 تا 500 تن سویا در هر 24 ساعت است.
در استخراج کن روتوسل، که در شکل (الف) نشان داده شده است، یک سبد افقی به محفظه های دیواره دار تقسیم بندی می شود و ته آن برای مایع نفوذ پیر است. سبد حول یک محور عمودی به طور آهسته می چرخد.
جامدات از نقطه تعذیه وارد هر یک از محفظه ها می شود. سپس، محفظه ها به طور متوالی از روی تعدادی افشانه حلال، بخش زهکشی، و نقطه تخلیه عبور می کنند. در نقطه تخلیه، ته محفظه باز می شود و جامدات استخراج شده را تخلیه می کند. محفظه خالی به طرف نقطه تغذیه حرکت می کند تا بار بعدی جامدات را دریافت کند. برای ایجاد استخراج ناهمسو، حلال تازه فقط به آخرین محفظه، داده می شود و جامدات در هر محفظه با پساب حاصل از محفظه بعدی شستشو می شوند.

دستگاه فروشویی با بستر متحرک (الف2) استخراج کن روتوسل

فروشویی جامدات پراکنده
جامداتی که بسترهای نفوذناپذیر را تشکیل می دهند، قبل از فروشویی یا در ضمن آن، توسط همزن مکانیکی داخل مخزن یا مخلوط کن، در حلال پراکنده و فراوری می شوند. سپس، پس مانده فروشویی شده از طریق ته نشینی یا صاف سازی از محلول غلیظ جدا می شود.
با این روش می توان جامدات با غلظت کم را در مخزن همزن داری که در ته یک خروجی برای پس مانده ته نشین شده دارد به طور ناپیوسته فروشویی کرد. فروشویی ناهمسوی پیوسته را با چند تغلیظ کننده ثقلی سری (شکل 23-2)، و در صورت نامناسب بودن تماس در تغلیظ کننده، آن را با قرار دادن مخزن همزن دار بین هر دو تغلیظ کننده می توان انجام داد. اگر جامدات ریزتر از آن باشند که تحت تاثیر وزن خود ته نشین شوند، تصفیه بیش تری انجام می شود و پس مانده در سانتریفوژهای پیوسته مجهز به نقاله مارپیچی با جام یکپارچه از میسلی جدا می شود. بسیاری از سایر وسایل فروشویی برای اهداف خاصی، مانند استخراج انواع دانه های روغنی توسط حلال، ابداع شده اند که طرح تفصیلی آنهابه خواص حلال و خواص جامدی که باید فروشویی شود بستگی دارد ماده حل شده، اغلب توسط بلورسازی یا تبخیر بازیابی می شود.

شکل (ب)زنجیره فروشویی با جریان ماهمسو
اصول فروشویی پیوسته با جریان ناهمسو
روش فروشویی پیوسته با جریان ناهمسو با استفاده از مجموعه مراحل مهمترین روش فروشویی است. حتی در یک زنجیره استخراج، که در آن جامد از یک مرحله تا مرحله دیگر به طور فیزیکی حرکت نمی کند، بار در هر سلول پشت سرهم توسط مایعاتی که غلظت آنها دائماً کاهش می یابد فراوری می شود درست مثل این که در یک سیستم ناهمسو از مرحله ای به مرحله دیگر حرکت کرده باشد.
در اینجا، فقط روش پیوسته ناهمسو به علت اهمیتی که دارد بررسی می شود. همچنین، چون معمولاً از روش مرحله ای استفاده می شود، روش تماس دیفرانسیلی را بررسی نمی کنیم. مانند سایر عملیات زنجیره ای مرحله ای، فروشویی را ابتدا می توان از دیدگاه مراحل ایده آلی و سپس از دیدگاه بازده مراحل بررسی کرد.

مراحل ایده آلی در فروشویی ناهمسو
شکل 23-2 نمودار موازنه مواد را در زنجیره پیوسته ناهمسو نشان می دهد. مراحل در جهت جریان جامد شماره گذاری می شوند. فازV مایعی است که در جهت مخالف با جهت جریان جامد از مرحله ای به مرحله دیگر ریزش، و حل شونده را ضمن حرکت از مرحلهN تا مرحله 1 در خود حل می کند. فاز L جامدی است که از مرحله 1 تا مرحله N جریان می یابد. جامدات فاقد حل شونده از مرحله N خارج می شوند، و محلول تغلیظ شده از مرحله 1 ریزش می کند.
فرض می شود که جامد فاقد حل شونده در حلال حل نمی شود و آهنگ جریان این جامد در تمام زنجیره ثابت است. این جامد متخلخل و بی اثر( بدون جذب سطحی) است و مقداری محلول، که مقدار آن می تواند ثابت یا متغیر باشد، با خود حمل می کند. آهنگ این مایع همراه با جامد را با L و آهنگ ریزش محلول را با V نشان می دهیم. آهنگ های VوL را برحسب جرم در زمان واحد، یا برمبنای جریان معینی از جامد خشک فاقد حل شونده می توان بیان کرد. همچنین،طبق اصطلاحات استاندارد، غلظت های نهایی به صورت زیر هستند:
غلظت محلول همراه با جامد ورودی،
غلظت محلول همراه با جامد خروجی،
غلظت حلال تازه ورودی به سیستم،
غلظت محلول غلیظ خروجی از سیستم،
مانند جذب و تقطیر، عملکرد یک سیستم با جریان نامهسو را با استفاده از خط تعادل و خط کارکرد می توان به طور کمی تحلیل کرد و مانند قبل روش به کار رفته بستگی دارد به این که این خطوط مستقیم باشند یا خمیده .
تعادل
در فروشویی ، هرگاه حلال کافی برای حل کردن تمام حل شوئی جامد ورودی وجود داشته باشد و جذب سطحی بین جامد و حل شوینده وجود نداشته باشد ، تعدال وقتی برقرار می شود که حل شونده کاملاً حل شود و غلظت محلول حاصل یکنواخت باشد. چنین حالتی، برحسب ساختمان جامد، به سهولت یا با مشکلات به دست می آید. هنگام بررسی بازده مرحله، این عوامل در نظر گرفته می شوند. فعلاً، فرض می کنیم که شرایط تعادل برقرارند. لذا، غلظت مایع در جامد خروجی از هرمرحله با غلظت مایعی که از همان مرحله خارج می شود یکسان است. رابطه تعادل به صورت است.

خط کار کرد
با نوشتن موازنه مواد برای آن قسمت از زنجیره که از n واحد تشکیل شده است(سطح کنترل نشان داده شده توسط خط چین ها در شکل ب)، معادله خط کارکرد به دست می آید. این موازنه ها عبارتند از:
محلول کلی:

حل شونده:

با حل، معادله خط کارکرد به دست می آید :

مانند معمول، خط کارکرد از نقاط و می گذرد، و اگر آهنگ جریان ها ثابت باشند، شیب برابر با L/V است.

پاریز ثابت و متغیر
دو حالت را باید در نظر گرفت. اگر چگالی و ویسکوزیته محلول بر حسب غلظت حل شونده به طور قابل توجه تغییر کنند، جامدات حاصل از مراحل با شماره کم تر ممکن است، در مقایسه با مراحل با شماره بالاتر، مایع بیشتری نگه دارند. لذا، همان طور که معدله بالا نشان می دهد، شیب خط کارکرد از یک واحد تا واحد دیگرتغییر می کند. ولی، اگر جرم محلول موجود در جامد مستقل از غلظت باشد، در این صورت ثابت و خط کارکرد مستقیم است. این حالت را پاریز ثابت محلول می گویند. اگر پاریز ثابت باشد، سرریز نیز ثابت خواهد بود.

تعداد مراحل ایده آلی برای پاریز ثابت
اگر خط کارکرد مستقیم باشد، برای تعیین تعداد مراحل ایده آلی می توان از نمودار مک کیب – تیلی استفاده کرد؛ اما چون خط تعدل در فروشویی همیشه مستقیم است، برای پالیز ثابت مستقیاً می توان از معادله استفاده کرد. خصوصاً در اینجا به سهولت می توان از این معادله استفاده کرد، زیرا
اگر ، محلولی که با جامدات استخراج نشده وارد می شود، با L، پاریزهای داخل سیستم، تفاوت داشته باشد، از معادله برای تمام زنجیره نمی توان استفاده کرد. برای این حالت نیز معدله هایی دردسترس اند، اما ساده تر آن است که ابتدا عملکرد مرحله اول را به طور جداگانه محاسبه، و سپس از معادله براس سایر مراحل استفاده کرد.

تعداد مراحل ایده آلی برای پاریز متغیر
اگر پاریز و سرریز از مرحله ای تا مرحله دیگر تغییر کنند، در محاسبات می توان از نمودار اصلاح شده مک کیب- تیلی استفاده کرد. نقاط انتهایی در خط کارکرد با استفاده از موازنه مواد تعیین می شوند. اگر مقدار پاریز، L ، به صورت تابعی از ترکیب پاریز معلوم باشد، برای تعیین یک مقدار متوسط برای انتخاب و از معادله محاسبه می شود. سپس ترکیب سرریز، ، از معادله محاسبه و نقطه () همراه با ترکیبات نهایی رسم می شود تا خط کارکرد خمیده به دست آید. برای این منظور، فقط باید نقطه میانی را محاسبه کرد مگر این که L و V خیلی تغییر کنند یا این که خط کارکرد خیلی نزدیک به خط تعادل باشد.

بازده مرحله
در بیش تر عملیات فروشویی، حل شونده درجامد کم و بیش نفوذپذیری توزیع می شود. آهنگ فروشویی، خیلی تحت تاثیر آهنگ پخش در جامد قرار دارد، و تعداد مراحل واقعی مورد نیاز ممکن است خیلی بیش تر از تعداد مراحل ایده آلی باشد. در شستشوی جامدات نفوذناپذیری که در آن حل شونده فقط در لایه ای از محلول غلیظ روی سطوح جامد وجود دارد، تعادل سریعاً برقرار می شود و بازده مرحله را می توان واحد گرفت.

استخراج از مایع
وقتی جداسازی از طریق تقطیر کارآیی ندارد یا با دشواری روی می دهد، روش استخراج از مایع که یکی از جایگزین های اصلی است به کار می رود. مخلوط هایی که از اجزا با نقطه جوش نزدیک هم تشکیل شده اند یا موادی که حتی در شرایط خلا نمی توانند در دمای تقطیر مقاومت کنند اغلب با استخراج از ناخالصی ها جدا می شوند. در استخراج از اختلاف های شیمیایی، به جای اختلاف فشار بخار، استفاده می شود. مثلاً پنی سیلین از طریق استخراج با حلالی مانند استات بوتیل، پس از کاهش برای رسیدن به ضریب مطلوب جداسازی، از آبگوشت تخمیری بازیابی می شود. سپس، حلال با محلول فسفات تامپونی فراوری می شود تا پنی سیلین از حلال استخراج و محلول آبی خالصی به دست آید، که با خشک کردن آن، پنی سیلین تهیه می شود. از استخراج برای بازیابی اسیداستیک از محلول های آبی رقیق نیز استفاده می شود؛ در این حالت از تقطیر نیز می توان استفاده کرد، اما مرحله استخراج باعث می شود آبی که باید تقطیر شود به طور قابل توجه کاهش یابد.
یکی از موارد استفاده عمده استخراج در جداسازی محصولات نفتی است، که ساختمان شیمیایی متفاوت دارند اما گسترده دمای جوش آنها تقریباً یکسان است. روغن های روانکار () با حلال های قطبی زود جوش مانند فنل، فورفورال، یا متیل پیرولیدن فراوری می شوند تا اروماتیک ها استخراج و از روغنی که عمدتاً از پارافین ها و نفتن ها تشکیل شده است حذف شوند. در اروماتیک ها، ویسکوزیته بستگی ضعیفی به دما دارد اما به علت همپوشی گستره های نقطه جوش، آنها را نمی توان با تقطیر جداسازی کرد. با فرایند مشابه، اروماتیک ها با استفاده از یک حلال قطبی دیرجوش از محصول کاتالیزی استخراج می شوند، و سپس ماده استخراج شده تقطیر می شود و اکسیلن ها، تولوئن، و بنزین خالص می دهد که به عنوان واسطه های شیمیایی به کار می روند. یکی از حلال هایی که برای این منظور به کار می رود ترکیب حلقوی (سولفولان) است، که انتخاب پذیری بالایی برای اروماتیک ها دارد و فرایت آن خیلی کم است().
از استخراج برای جداسازی بیش از دو جزء می توان استفاده کرد،و در بعضی کاربردها به جای یک حلال باید از مخلوط حلال ها استفاده شود.

دستگاه استخراج
در استخراج، دو فاز دارای چگالی های قابل مقایسه اند، به طوری که انرژی موجود برای اختلاط و جداسازی- در صورت استفاده از جزیان ثقلی- کم است، و خیلی کم تر از وقتی است که یکی از فازها مایع و دیگری گاز است. اختلاط دو فاز، اغلب، مشکل و جداسازی آنها مشکل تر است. ویسکوزیته هر دو فازها نسبتاً زیاد است، و سرعت های خطی در اغلب دستگاههای استخراج کوچک اند. لذا، در بعضی از استخراج کن ها، انرژی برای اختلاط و جداسازی به طور مکانیکی انجام می شود.
دستگاه استخراج می تواند به طور ناپیوسته با پیوسته کار کند. مقداری از مایع خوراک را با مقداری حلال در یک مخزن همزن دار می توان مخلوط کرد. پس از آن لایه ها ته نشین و جدا می شوند.ماده استخراج شده لایه ای از حلال به علاوه حل شونده استخراج شده است، و محصول تصفیه لایه ای است که از آن حل شونده حذف شده است. ماده استخراج شده می تواند سبک تر از محصول تصفیه باشد، و لذا ماده استخراج شده در بعضی موارد از بالای دستگاه، و درموارد دیگر از پایین دستگاه خارج می شود.
انواع مختلف دستگاه های استخراج عبارتند از مخلوط کن- ته نشین ساز، برج های عمودی با انواع مختلفی که با جریان ثقلی کار می کنند، استخراج کن های برجی همزن دار، و استخراج کن های سانتریفوژ.مشخصه های انواع مختلف دستگاه استخراج در جدول زیر فهرست شده اند.
عملکرد دستگاه استخراج تجارتی
ظرفیت مایع بازده بشقابک فاصله بین بشقابک ها
جریان ترکیبی ، ، یا مرحله ، یا مرحله ،
نوع % نوع کاربرد
مخلوط کن-ته نشین ساز
ستون افشانه ای
ستون پرشده
ستون با بشقابک مشبک
ستون دیوارک دار
برج همزن دار

250-50
150-20
200-10
105-60
100-50

20-10
20-5
20-1
6-4
2-1
100-75

24-6
10-5
100-80

70-30
6-4
24-12
فرآیند روغن روانکار د-سل
استخراج آمونیاکی نمک از سود سوزآور
بازیابی فنل
فرآیند روغن روانکار فور فورال
بازیابی اسید استیک
داروها و مواد شیمیایی آلی

استخراج کن های برجی همزن دار
مخلوط کن- ته نشین ساز انرژی مکانیکی را برای اختلاط دو فاز مایع تامین می کند، اما استخراج کن های برجی که تا به حال تشریح شده اند این گونه نیستند. در این دستگاه ها، اختلاط و جداسازی(هر دو) به جریان ثقلی بستگی دارند. ولی، در بعضی از استخراج کن های برجی، انرژی مکانیکی توسط توربین ها با سایر همزن های داخلی که روی شفت مرکزی چرخانی نصب شده اند تامین می شود. در تماس دهنده با دیسک چرخان (شکل ج 1)، دیسک های تخت مایعات را پراکنده و آنها را به طرف دیواره برج می رانند و در آنجا حلقه های استاتور مناطق ساکنی را تشکیل می دهند که دو فاز در آنجا می توانند از هم جدا شوند. در سایر طرح ها، مجموعه ای از پروانه ها به کار می رود. این پروانه ها توسط قسمت های آرام کننده از هم جدا شوند و مجموعه ای از مخلوط کن- ته نشین ساز را که یکی روی دیگری است به وجود می آورند. در استخراج کن یورک- شیبل (شکل ج 2) مناطق اطراف همزن ها با توری های سیمی پرشده است تا پیوند و جداسازی فاز ها تقویت شود. بیش تر استخراج در قسمت های اختلاط روی می دهد، اما مقداری نیز در قسمت های آرام کننده انجام می شود، به طوری که گاهی بازده هر واحد مخلوط کن- ته نشین ساز بیش تر از 100 درصد است. معمولاً هر مخلوط کن- ته نشین ساز به ارتفاع 300 تا 600mm (1 تا 2 ft ) است. بعنی این که دریک ستون کوتاه می توان چندین تماس نظری را تامین کرد. البته، مسئله تعمیر و نگهداری قطعات متحرک داخلی، به خصوص درجایی که مایعات خورنده اند، از معایب است.

شکل (ج2) شکل (ج1)
برج های استخراجی همزن دار :شکل(ج2)برج با دیسک چرخان :شکل (ج1)استخراج کن یورک – سیبل

استخراج کن های سانتریفوژ
نیروی سانتریفوژ می تواند پراکندگی و جداسازی فازها را به شدت تسریع کند، و انواع استخراج کن های تجارتی از این خاصیت استفاده می کنند. در استخراج کن پادبیلنیاک، نوار مارپیچی سوراخ داری در داخل محفظه فلزی سنگینی پیرامون یک شفت افقی تو خالی که مایع از آن عبور می کند پیچیده شده است. مایع سبک در فشار بین 3 و 12atm به خارج مارپیچ پمپ می شود تا بر نیروی سانتریفوژ غلبه کند و مایع سنگین وارد قسمت مرکزی می شود. مایعات در مجرایی، که توسط نوارها و دیواره محفظه تشکیل می شود، به طور ناهمسو جریان می یابند. مایع سنگین در امتداد وجه خارجی مارپیچ به طرف خارج و مایع سبک با جابه جایی در امتداد وجه داخلی به طرف داخل حرکت می کند. تنش زیاد در فصل مشترک مایع- مایع باعث انتقال جرم سریع می شود. به علاوه، مقداری مایع از سوراخ های نوار پاشیده می شود و تلاطم را افزایش می دهد. در یک دستگاه تنها تا 20 تماس نظری را می توان به دست آورد، گرچه 3 تا 10 تماس متداول ترند. استخراج کن های سانتریفوژ گران اند و کاربرد نسبتاً محدودی دارند. مزیت آنها این است که تماس های نظری بسیاری را در یک فضای کوچک فراهم می آورند و زمان های ماندگی در آنها خیلی کوتاه است- در حدود 4 ثانیه. از این رو، در استخراج فرآورده های حساسی مانند ویتامین ها و آنتی بیوتیک ها وسایل با ارزشی هستند.

اصول استخراج
چون در اغلب روش های استخراج پیوسته از تماس های ناهمسو بین دو فاز استفاده می شود، یکی مایع سبک دیگری مایع سنگین، بیش تر اصول تقطیر وجذب گاز با جریان ناهمسو در مبحث استخراج مایع مطالعه می شوند.
از این رو، موضوعات مربوط به مراحل ایده آلی، بازده مرحله، مینیمم نسبت دو جریان، و اندازه دستگاه در استخراج و تقطیر دارای اهمیت برابرند.

استخراج محلول های رقیق
در استخراج ناپیوسته یا استخراج چند مرحله ای محلول های رقیق، که در آنها از تغییرات آهنگ جریان می توان صرف نظرکرد و ضریب توزیع ثابت است، بهتر است از ضریب استخراج E ، که با ضریب عریان سازی s معادل است، استفاده شود

در استخراج یک مرحله ای با حلال خالص، کسر حل شونده باقی مانده(1+E)/1 و کسر بازیابی شده (1+E)/E است.

استخراج محلول های تلغیظ شده؛ تعادل های فازی
دراستخراج محلول های تلغیظ شده؛ رابطه های تعادلی از سایر انواع جداسازی پیچیده ترند، زیرا با سه جزءیا بیش تر سرو کار داریم و مقداری از هر جزء در هر فاز وجود دارد. داده های تعادلی اغلب در یک نمودار مثلثی نشان داده می شوند(شکل های د و ه). سیستم استن- آب- متیل ایزوبوتیل کتون(MIK)، (شکل د) نمونه ای از سیستم نوع I است، که نشان می دهد حلال(MIK) و رقیق کننده (آب) قابلیت اختلاط جزئی دارند، اما حلال (MIK) و جزئی که باید استخراج شود( استن) به طور کامل با هم مخلوط می شوند. انیلین- هپتانn – سیکلوهگزان متیل (MCH) سیستم نوع II را تشکیل می دهد(شکل ه)، که در آن حلال (انیلین) با هر دو جزء دیگر به طور جزئی مخلوط می شود.
با استفاده از (شکل ه)، بعضی از ویژگی های فرایند استخراج را می توان داد. وقتی حلال به مخلوطی از استن و آب افزوده می شود، ترکیب مخلوط حاصل روی خط مستقیمی بین نقطه حلال خالص و نقطه مخلوط دو جزئی اولیه قرار می گیرد. با افزودن حلال به مقدار کافی، به طوری که ترکیب کلی در زیر منحنی گنبدی شکل قرار گیرد، مخلوط به دو فاز تفکیک می شود. نقاطی که ترکیب فازها را نشان می دهد می توان با خط مستقیمی که از ترکیب کلی مخلوط می گذرد به هم متصل کرد. برای وضوح، فقط چند تا از این خطوط رسم شده اند، و سایر خطوط را با درون یابی می توان به دست آورد. خط ACE ترکیبات لایه MIK( ماده استخراج شده) و خط BDE ترکیبات لایه آب (محصول تصفیه) را نشان می دهند. با افزایش محتوی کلی استن مخلوط، ترکیب دو فاز به هم نزدیک می شوند، و در نقطه E، که آن را نقطه چین می گویند، با هم برابر می شوند.

شکل (د) سیستم استن– آب در
خطوط تعادل در (شکل د )به طرف بالا و به سمت چ÷ شیب دارند، و ماده استخراج شده، در مقایسه با محصول تصفیه، حاوی استن بیش تری است. یعنی، فقط با استفاده از مقداری حلال، بیش تر استن را از فاز آب می توان استخراج وجود دارد، اما از حلال بیش تری باید استفاده کرد، زیرا ماده استخراج شده نهایی از استن غنی نیست.
نسبت محصول مطلوب(استن) به رقیق کننده(آب) در فرایندهای استخراج باید زیاد باشد. انحلال پذیری آب در حلال MIK فقط 2 درصد است، اما با افزایش غلظت استن، محتوی آب ماده استخراج شده نیز افزایش می یابد. داده های حاصل از شکل (د) را در شکل (و) دوباره رسم کرده ایم تا افزایش تدریجی محتوی آب،، را برحسب محتوی استن،، نشان دهیم. نسبت از ماکزیممی که تقریباً27 درصد وزنی استن در فاز استخراج شده است می گذرد. غلظت بیش تری را برای استن می توان به دست آورد، اما آب بیش تر در محصول استخراج شده احتمالاً باعث نامطلوب شدن عملیات در این شرایط می شود.

شکل(هـ): سیستم انیلین-هپتان در : الف،حل شونده،:ب،رقیق کننده ،هپتان: ،حلال،انیلین

شکل (و) ترکیب فاز استخراج شده برای – استن –

ترکیبات فاز حاصل از استخراج یک مرحله ای را با استفاده از نمودار مثلثی به سهولت می توان به دست آورد. مثلاً اگر مخلوطی از 40% استنو 60% آب با همان مقدار جرم حلال MIK تماس گیرد، مخلوط کلی با نقطه M در شکل (د) نشان داده می شود. خط مستقیم جدیدی رسم می شود تا نشان دهد فاز استخراج شده از 232/0 استن، 043/0 آب، و MIK 725/0 تشکیل شده است. محصول تصفیه از 132/0 استن، 845/0 آب، و MIK 023/0 تشکیل شده است. تماس مکررمحصول تصفیه با حلال تازه، فرایندی که آن را استخراج با جریان عرضی می گویند، بیش تر استن را بازیابی می کند، اما این بازیابی، در مقایسه با وقتی که از زنجیره با جریان ناهمسو استفاده شود، دارای کارآیی کم تری است زیرا حجم بیش تری حلال نیاز است.

استخراج ناهمسوی سیستم های نوع II با استفاده از بازروانی
درست مانند تقطیر، برای بهبود جداسازی اجزای خوراک در استخراج با جریان ناهمسو می توان از بازروانی استفاده کرد. این روش به خصوص در بررسی سیستم های نوع II موثر است، زیرا با استفاده از بازروانی و زنجیره ای با تغذیه از مرکز، دو جزء خوراک را به صورت محصولات تقریباً خالص می توان جداسازی کرد.
نمودار استخراج ناهمسو با بازروانی در شکل(ن) نشان داده شده است. برای اثابت تشابه بین این روش و جزء به جزء سازی، فرض میشود که این زنجیره یک ستون بشقابک دار است. البته، از هر نوع زنجیره دیگر نیز می توان استفاده کرد. در این روش، از ماده استخراج شده ای، که از زنجیره خارج می شود حلال کافی حذف و محصول تصفیه ای بدست می آید که قسمتی از آن به صورت ته مانده از زنجیره خارج و حلال تازه مستقیاً از پایین زنجیره وارد می شود. لزومی ندارد هیچ قسمتی از محصول تصفیه ته مانده به صورت بازروانی بازگشت کند، زیرا در هر صورت تعداد مراحل مورد نیاز یکسان است خواه محصول تصفیه به پایین زنجیره بازگشت کند خواه نکند. در تقطیر پیوسته، وضع به گونه دیگر است زیرا قسمتی از ته مانده باید تبخیر شود تا گرمای مورد نیاز ستون تامین شود.
جداسازی حلال، که معمولاً یک دستگاه تقطیر است، در شکل(ن) نشان داده شده است. طبق این شکل، حلال را با عریان سازی، یا در بعضی موارد با آب شویی، می توان از هر دو محصول حذف کرد تا محصولات فاقد حلال به دست آیند.
تشابه نزدیک بین تقطیر و استخراج، که در هر دو از بازروانی استفاده شده است،در جدول زیر نشان داده شده است. توجه کنید که حلال در استخراج همان نقش گرما در تقطیر را دارد،
مقایسه استخراج با تقطیر ، هر دو با استفاده از بازروانی
تقطیر
استخراج
جریان بخار در زنجیره،
جریان مایع در زنجیره ،
محصول سرستون،
محصول ته مانده ،
چگالنده
خنک کن محصول ته مانده
خنک کن محصول سر ستون
گرما در ریبویلر،
گرمای دفع شده در چگالنده،
نسبت بازروانی ،
بخش یکسوسازی
بخش عریان سازی
جریان ماده استخراج شده در زنجیره،
جریان محصول تصفیه در زنجیره ،
محصول استخراج شده ،
محصول تصفیه ،
جداکن حلال
عریان ساز حلال محصول تصفیه
عریان ساز حلال ماده استخراج شده
حلال برای زنجیره ،
حذف حلال در جداساز،
نسبت بازروانی ،
بخش غنی سازی ماده استخراج شده
بخش عریان سازی محصول تصفیه

نسبت های حدی بازروانی
درست مانندتقطیر، در عملیات استخراج کن ناهمسو با بازروانی با بازروانی دو حالت حدی وجود دارد. اگر نبست بازروانی خیلی بزرگ شود، تعداد مراحل به حداقل نزدیک می شود، و با کاهش ، نسبت بازروانی به حداقل می رسد و تعداد مراحل بی نهایت می شود. برای تعیین مینیمم تعداد مراحل و مینیمم نسبت بازروانی از همان روش های به کار رفته در تقطیر استفاده می شود.

شکل(ن) استخراج ناهمسو با بازروانی
رو شهای خاص استخراج
روش های خاصی برای تقویت کارآیی فرایندهای استخراج، به خصوص برای بازیابی فرآورده های حساس یبولوژیکی،ابداع شده اند. این روش ها مشتمل اند براستخراج فقط با استفاده از فازهای آبی و استخراج فوق بحرانی با استفاده از حلال هایی که در فشار و دمای بیش تر از نقطه بحرانی حلال قرار دارند.

استفاده از فازهای آبی
در این روش، پروتئین ها با جزء به جزء سازی به دو فاز آبی، که حاوی پلی اتیلن گلیکول و دیگری حاوی نمک های فسفات یا دکسترران باشد. این سیستم ها دو فاز مایع، هر یک حاوی 80% تا 90% آب، را تشکیل می دهند. پروتئین ها در حلال های آلی تغییر ماهیت می دهند ولی در این مایعات نمی دهند. پروتئین ها به دو فاز، با ضرایب توزیعی که به Ph بستگی دارند و از 01/0 تا بیش تر از 100 تغییر می کنند، تفکیک می شوند.
کشش در فصل مشترک برای این سیستم ها خیلی کم است، و مساحت های بزرگی بدون آهنگ های برشی زیاد به وجود می آیند. یکی از معایب موجود این است که اختلاف چگالی بین فازها خیلی کم است، به طوری که زمان ته نشینی زیاد است وبرای تقویت آهنگ ته نشینی باید از نیروی سانتریفوژ استفاده کرد.

استخراج فوق بحرانی
بعضی ترکیبات را از طریق استخراج با حلالی که در نقطه فوق بحرانی است می توان از جامدات یا مایعات جدا کرد. حلال فوق بحرانی، علاوه بر قدرت انحلال انتخابی اش، مزایای دیگری در مقایسه با حلال های مایع معمولی دارد. چگالی و ویسکوزیته کمی دارد، و پخشندگی حل شونده در آن زیاد است- تقریباً 100 برابر مقدار متناظر در مایعات معمولی. در نتیجه، سیال فوق بحرانی در جامدات متخلخل یا آوندی به سهولت نفوذ می کنند. حل شونده را فقط با تغییر دما یا فشار می توان از سیال فوق بحرانی بازیابی کرد، گرچه از روش های دیگر نیز استفاده می شود. عیب اصلی استخراج فوق بحرانی این است که به فشار بالایی نیاز دارد.
تعادل های فازی
یکی از حلال های مفید برای استخراج فوق بحرانی، به خصوص در فراوری مواد غذایی، دی اکسید کربن با نقطه بحرانی و8/73 بار( ) است.
در ناحیه فوق بحرانی، هیچ تمایزی بین مایع و گاز و گذار از یک فاز به فاز دیگر وجود ندارد؛ سیال فوق بحرانی مانند یک گاز بسیار چگالی یا به صورت یک مایع سبک متحرک عمل می کند.

1