در این آزمایش به بررسی هیدرولیکی برج می پردازیم و محاسبات زیر را انجام می دهیم :
- محاسبه افت فشار برج در حالت خشک در دبی های مختلف گاز
- محاسبه ی افت فشار برج در حالتی که فاز مایع از بالا در جریان است .
- رسم نمودار افت فشار بر حسب فلاکس جرمی گاز
تئوری آزمایش
ستون های پر شده که نمونه ای را در شکل زیر مشاهده می نمایید یک ستون دیفرانسیلی است که در سیستم های گاز – مایع ( جذب ، دفع و تقطیر ) و مایع – مایع استفاده می شود . در اکثر مواقع به صورت یک واحد عملیاتی موازی و غیر همسو که در آن فاز مایع از بالا و فاز گاز از پایین به سمت بالا در جریان است استفاده می شود . در بعضی از عملیات جذب ، از جریان موازی نیز استفاده می شود .
در کلیه فرایند های فوق دستگاه مورد استفاده می بایستی تماس لازم را بین را بین گاز و مایع برقرار نماید و از لحاظ اقتصادی نیز مناسب باشد . شدت انتقال جرم مستقیما به سطح تماس دو فاز بستگی داشته و نحوه و درجه پراکنده شدن یک سیال در دیگری از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
پر کن هایی که در این برج ها مورد استفاده قرار می گیرند به منظور ایجاد سطح تماس بیشتر بین مایع و گاز برای انتقال جرم بهتر می باشد .
به طور کلی یک برج پر شده از چند قسمت مهم تشکیل شده است :
- ستون استوانه ای (Shell)
- توزیع کننده مایع (Liquid Distributor & Liquid Re- distributor )
- محدود کننده پر کن ها (Packing restrainer)
- نگهدارنده پر کن ها (Packing support)
- پر کن ها (Packing)
1 ) ستون استوانه ای : این ستون دارای ورودی و خروجی برای مایع و گاز می باشد که معمولا مایع از بالا وارد این برج می شود و به سمت پایین جاری می گردد و گاز نیز از پایین برج وارد شده و از بالای برج خارج می گردد . پوسته برج عموما از چوب ، فلز ، سرامیک ، آجر های ضد اسید ، شیشه ، پلاستیک و فلزاتی که با لایه های شیشه ای یا مواد دیگر بر حسب شرایط خوردگی تقویت شده اند ، ساخته می شوند . سطح مقطع این برج ها به دلیل ساخت آسان و مقاومت کافی معمولا به شکل دایره می باشد .
2 ) توزیع کننده مایع : اگر پر کن ها خشک باقی بمانند از لحاظ انتقال جرم کاملا بی فایده خواهند بود و لذا از وسایل مختلفی برای توزیع صحیح مایع بر روی پر کن ها استفاده می شود . در برج های بزرگ با قطر بیشتر از 1.2 متر در هر 0.1 متر مربع از سطح مقطع برج پیش بینی حداقل 5 منطقه ورود مایع به برج ضروری است . در پر کردن نامنظم ستون ، تعداد پرکن ها در واحد حجم معمولا در حوالی دیواره های برج کمتر است و همین مسئله سبب می شود که مایع به سمت دیواره ها کشیده شده و در نتیجه گاز از نواحی مرکزی ستون عبور نماید (مجرا سازی ). برای جلوگیری از این مشکل از توزیع مجدد مایع توسط توزیع کننده ها استفاده می شود .
3 ) محدود کننده پر کن ها : افزایش سرعت گاز می تواند باعث به حرکت در آمدن آکنه ها با توجه به جنس آنها شود که در نهایت به بیرون ریختن آنها از برج می انجامد به منظور جلوگیری از این مشکل از محدود کننده ها استفاده می شود . بدین منظور از صفحات یا میله های سنگین می توان سود جست . برای پر کن های سنگین از صفحات سنگینی که آزادانه بر روی پر کن ها قرار می گیرند استفاده می شود و در پر کن های سبک از جنس پلاستیک و غیره ، صافی به بدنه برج متصل می گردد .
(4 نگه دارنده پر کن ها : برای جلوگیری از ریختن پرکن ها بایستی از یک صفحه نگه دارنده که استحکام کافی داشته باشد استفاده نمود . قرار دادن این صفحه موجب ایجاد فضایی می گردد که برای ورود گاز به قسمت پر شده ستون و توزیع مناسب آن لازم است . باید عبور مایع و گاز با حداقل ممانعت از درون این صفحه امکان پذیر باشد . این صفحات را می توان از مواد مختلف مانند فلزات ، سرامیک و پلاستیک تهیه کرد.
5 ) پر کن ها : پر کن هایی که داخل ستون برج قرار می دهد برای انجام هر چه بهتر عملیات انتقال جرم باید دارای خصوصیاتی باشند که عبارتند از :
- سطح تماس زیادی بین مایع و گاز ایجاد نمایند .
- دارای خصوصیات مطلوب جهت جریان سیال باشند . بایستی امکان عبور حجم زیادی از سیال را از سطح مقطع کوچکی بدون آنکه پدیده های انباشتگی (Loading) و طغیان (Flooding ) رخ دهد برقرار سازد و افت گاز در اثر عبور گاز از ستون باید کم باشد .
- از لحاظ شیمیایی در مقابل سیالاتی که بکار می رود باید بی اثر و مقاوم باشد .
- دارای استحکام باشد تا استفاده از آن آسان باشد .
- باید از لحاظ اقتصادی و قیمت با توجه به عمر مفید خود به صرفه باشد .
از پر کن ها به دو صورت کلی ، نامنظم و منظم در برج ها استفاده می شود . در پرکردن به صورت نامنظم ، پر کن ها را به صورت عادی به درون ستون می ریزند و پر کن ها پس از فرود بطور نا منظم انباشته می شوند . معمولأ در پر کردن ستون ها به صورت نا منظم ، سطح ویژه بزرگتری و افت فشار زیاد گاز با پرکن های کوچکتر حاصل می شود ولی در صورت استفاده از پر کن های بزرگ تر ، هزینه ها بازای واحد حجم برج کاهش می یابد . در هنگام نصب برج ها ، پر کن ها را به صورت نامنظم درون برج می ریزند و برای جلوگیری از شکستن انواع سرامیکی یا زغالی ، ابتدا برج را از آب پر می کنند تا سرعت سقوط پر کن ها کم شود .
در صورت استفاده از برج های با پرکن های به صورت منظم ، افت فشار گاز کاهش یافته و امکان استفاده از شدت جریان های زیاد گاز فراهم می شود . البته هزینه مربوط به پر کردن برج بیشتر از پر کردن نامنظم خواهد بود . بعضی از انواع متداول پر کن هایی که بصورت منظم قرار می گیرند عبارتند از :
- حلقه های راشیگ
- حلقه های حلزونی
- برشی از مجموعه ورقه های فلزی موجی شکل
- آجر های مشبک
نمونه هایی از اشکال آکنه ها
حذف کننده قطرات مایع مانده در فاز گاز : وقتی سرعت گاز بسیار زیاد باشد ، گازی که از بالای برج خارج می گردد ، ممکن است قطراتی از مایع را به صورت مه با خود حمل نماید . این قطرات را با استفاده از حذف کننده ها که در بالای ورودی مایع قرار می دهند جدا می سازند . به کار بردن یک متر پر کن خشک در این جدا سازی بسیار موثر واقع خواهد شد .
شرح دستگاه آزمایش
در این دستگاه برای ذخیره مایعی که از بالای برج آکنده وارد می شود از مخزنی که در قسمت پایین دستگاه قرار دارد استفاده می شود . مایع درون این مخزن توسط یک پمپ به جریان در می آید . به منظور کنترل فشار مایع خروجی از پمپ و همچنین اطمینان از کارکرد صحیح و عدم آسیب به پمپ یک مسیر برگشت برای این پمپ در نظر گرفته شده است .
میزان این جریان برگشتی توسط یک شیر می توان تنظیم نمود که باید به حدی باشد که صدای ناهنجار و زیر از پمپ به گوش نرسد . سپس این جریان مایع بعد از عبور از روتامتر مربوطه از بالای برج وارد می گردد و توسط توزیع کننده بر روی آکنه ها پخش می شود .
در این دستگاه تماس مایع و گاز ، محلول مایع ، محلول آبکی هیدروکسید سدیم می باشد که همانطور که بیان شد از بالای برج وارد می گردد . جریان گاز نیز مخلوطی از دو گاز دی اکسید کربن و هوا می باشد که از پایین برج وارد می گردد . همانطور که در نمای شماتیک دستگاه نیز مشخص می باشد علاوه بر روتامتر مخصوص مایع ، دو روتامتر دیگر نیز وجود دارد که یکی برای اندازه گیری دبی هوا و دیگری اندازه گیری دبی دی اکسید کربن می باشد که این دو پس از عبور از این روتامتر ها با هم مخلوط می شوند . دبی جریان مایع در روتامتر بر حسب لیتر بر ساعت و در روتامتر گاز بر حسب لیتر بر دقیقه می با شد .
شامل 16 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود گزارش کارآزمایشگاه آشنایی با کابرد برج های جذب و تاثیر آکنه ها در افزایش انتقال جرم و بررسی افت فشار در برج های آکنه
