• بازدید : 64 views
  • بدون نظر
این فایل در ۳۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

دستگاه متداول در جذب گاز و برخی عملیات دیگر، برج آکنده است که نمونه ای از آن در شکل (۱-۱) نشان داده شده است. این دستگاه از ستون یا برج استوانه ای تشکیل شده، که شامل ورودی گاز و فضایی برای توزیع آن در قسمت تحتانی، ورودی مایع و توزیع کننده در قسمت فوقانی، خروجی های گاز و مایع به ترتیب در قسمت فوقانی و تحتانی و توده جامد نگاه دارنده ای به نام آکنه های برج است. آکنه ها معمولاً به صورت صفحاتی هستند که آنها ار چین دار ساخته اند تا مقاومت آنها افزایش یابد و دارای سطح روباز می باشند تا از طغیان جلوگیری شود. مایع ورودی که حلالی خالص یا محلول رقیقی از ماده حل شده در حلال می باشد و به آن محلول رقیق (Weak Liquor) گویند، توسط توزیع کننده در بالای آکنه ها توزیع می شود و در یک عملیات ایده آل، سطوح آکنه ها را به طور یکنواخت مرطوب می کند
تماس بین مایع و گاز
 شرط تماس کامل بین مایع و گاز، مخصوصاً در برج های بزرگ، سخت تر از شرایط دیگر است. حالت ایده آل بدین صورت است که ابتدا مایع در بالای آکنه ها توزیع می شود و سپس به صورت فیلم های نازک روی سطح تمام آکنه ها به طرف پایین جریان می یابد. اما در عمل ضخامت فیلم ها در بعضی نقاط بیش تر و در بعضی نقاط کمتر است. به طوری که مایع در یک نقطه جمع شده، به بصورت جوی های کوچکی از مسیر خاصی بین آکنه ها عبور می کند. به خصوص اگر سرعت مایع پایین باشد، بیش تر سطح آکنه ها خشک خشک می ماند و یا حداکثر با فیلمی ساکن از مایع پوشیده می شود. این پدیده را مجراسازی (channeling) گویند و دلیل عمده عملکرد ضعیف برج های آکنده بزرگ هم پدیده مجراسازی است.
افت فشار و شدت جریان های در حالت حد 
شکل (۱-۴) معلومات مربوط به افت فشار در یک برج آکنده را نشان می دهد. افت فشار به ازای هر واحد از عمق آکنه ها ناشی از اصطکاک سیال است. در شکل نمودار آن نسبت به شدت جریان گاز Gy در مختصات لگاریتمی رسم شده است. شدت جریان گاز براساس برج خالی و برحسب جرم گاز در ساعت در واحد سطح مقطع بیان می شود. بنابراین رابطه Gy با سرعت سطح گاز با معادله   بیان می شود که در آن   چگالی گاز است. اگر آکنه خشک باشد، خط حاصل مستقیم بوده و شیب آن حدود ۸/۱ است. در نتیجه افت فشار متناسب با توان ۸/۱ام سرعت افزایش می یابد. اگر مایع با شدت جریان ثابتی روی آکنه ها پاشیده شود، رابطه بین افت فشار و شدت جریان گاز از خطی موازی خط مربوط به آکنه های خشک تبعیت می کند. افت فشار در این حالت بیش تر از افت فشار در آکنه های خشک است، چون مایع درون برج فضای موجود برای جریان گاز را کاهش می دهد. بنابراین، قسمت خالی برج با شدت جریان گاز تغییر نمی کند.
در بعضی مناطق خاص از برج، مایع به فاز پیوسته تبدیل شده و نقطه طغیان حاصل می شود. به طور موقت می توان از شدت جریان های بیش تر گاز استفاده کرد، اما در آن صورت مایع سریعاً انباشته می شود و ممکن است تمام برج از مایع پر شود.
 
بدیهی است که در یک برج آکنده در حال کار، سرعت گاز باید کم تر از سرعت طغیان باشد. اما با نزدیک شدن به طغیان، بیش تر سطح آکنه ها یا تمام آن مرطوب می شود و سطح تماس بین گاز و مایع به حداکثر می رسد. طراح باید طوری سرعت را انتخاب کند که اختلاف کافی با سرعت طغیان داشته باشد تا بتوان از برج بدون هیچ خطری بهره برداری کرد، اما سرعت نباید آن قدر کم باشد که به برج بزرگ تری نیاز شود. کاهش سرعت در طراحی، قطر برج را افزایش می دهد بدون اینکه تغییر زیادی در ارتفاع به وجود آید، چون سرعت های گاز و مایع کم تر متناسب با کاهش سرعت انتقال جرم است.
سرعت طغیان شدیداً به نوع و اندازه آکنه و سرعت جرمی مایع بستگی دارد.
 
چند رابطه کلی برای افت فشار و سرعت طغیان در ستون های آکنده پیشنهاد شده است. در اکثر این روابط از یک نمودار log – log استفاده می شود که مختص طولی آن   و مختص عرضی آن تابعی با  است. معمولاً نسبت جریان های   معلوم است و در این حالت   را می توان مستقیماً تعیین کرد، ولی اگر مانند شکل (۱-۵)  و   روی محورهای جداگانه باشند، مسأله را با حدس و خطا حل می کنند. خصوصیات آکنه در ضریب آکنه Fp منظور شده است که با افزایش اندازه آکنه یا افزایش سهم قسمت خالی ستون، افزایش می یابد. ضریب آکنه را نمی توان به طور نظری با استفاده از معادله ارگون (Ergun) پیدا کرد، چون شکل آکنه ها پیچیده است و فقط ضریب به طور تجربی پیدا می شود. متأسفانه هیچ تک رابطه ای برای افت فشار که با همه آکنه ها وفق دهد، وجود ندارد و مقادیر Fp مربوط به افت فشارهای کم ممکن است تفاوت قابل ملاحظه ای با مقادیر مربوط به افت فشارهای زیاد یا معلومات طغیان داشته باشد. روابط متداول برای تعیین افت فشارها در آکنه های نامنظم در شکل (۱-۶) ارائه شده است که در آن  و   برحسب   برحسب cp و  ،   بر حسب   بیان شده اند و مقدار gc برابر  174/32 است. روابط قدیمی تر از این نوع شامل یک خط طغیانی بالای خط مربوط به   نشان  می دهد. 
 
رابطه ای تجربی برای افت فشار در حالت حد چنین است:
  (1-1)
که  = افت فشار در حالت طغیان، برحسب  
Fp = ضریب آکنه، بدون بعد
معادله (۱-۱) برای ضرایب آکنه بین ۱۰ تا ۶۰ استفاده می شود. به ازای مقادیر بیش تر Fp، افت فشار در طغیان را می توان   0/2 در نظر گرفت.
استریگل (Strigle) رابطه دیگری برای افت فشار در برج های آکنده پیشنهاد کرده که در شکل (۱-۷) نشان داده شده است. مختص طولی در این نمودار مشابه شکل (۲۲-۶) است، ولی مختص عرضی آن ضریب ظرفیت    Cs = u0 است که در آن u0 سرعت سطحی برحسب   است. گران روی سینماتیک مایع، v برحسب سانتی استوکس بیان می شود. در نمودار نیمه لگاریتمی، درون یابی آسان تر از نمودار log – log صورت می گیرد، اگر معلومات هر دو معادله یکسان باشد.
 
آکنه های منظم
سرعت طغیان در چند آکنه تجارتی منظم در شکل (۱-۸) نشان داده شده است. این نمودار شبیه شکل (۱۸-۲۸) برای طغیان در ستون های دارای سینی غربالی است. افت فشار در آکنه های منظم را می توان از برخی معادله های پیچیده که توسط فیر و براوو (Fair and Bravo) ارائه شده است. پیش بینی کرد. ولی اطلاعات آزمایشگاهی نسبتاً کمی در مورد آنها موجود است. برج های دارای آکنه های منظم را معمولاً با همکاری تولید کننده های آکنه می سازند. اشپیگل و مایر (Spiegel and Meier) اعتقاد دارند که اکثر آکنه های منظم در اختلاف فشار حدود      به ظرفیت حداکثر خود می رسند که در این حالت سرعت بخار معادل با ۰ تا ۹۵% سرعت طغیان است.
 
اصول جذب
همان طور که در فصل قبل دیده شد، قطر یک برج جذب آکنده به مقدار گاز مایعی که بازیابی می شود، خواص آنها و نسبت یک جریان به جریان دیگر بستگی دارد. ارتفاع برج و در نتیجه حجم کل آکنه ها، بستگی به مقدار تغییر غلظت های مورد نظر و سرعت انتقال جرم در واحد حجم آکنده دارد. بنابراین، محاسبات ارتفاع برج بر موازنه مواد، موازنه آنتالپی، مقدار نیروی محرک و ضرایب انتقال جرم استوار است.
موازنه مواد – در سیستمی با تماس پیوسته از نوعی برج جذب آکنده مطابق شکل (۲-۱) هیچ گونه تغییر گسسته ناگهانی در ترکیب ها مشاهده نمی شود، اما در سیستم تماس مرحله ای این تغییرات وجود دارد. در عرض، تغییر غلظت ها از یک سر دستگاه به سر دیگر، پیوسته است. موازنه ماده حول قسمتی اختیاری از بالای ستون که با خط چین در شکل (۲-۱) مشخص شده است، چنین است:
(۱-۲) کل ماده: La + V = L + Va
(۲-۳) جزء ماده:         La Xa + Vy = Lx + Va ya
که در آن، V شدت جریان مولی فاز گاز و L شدت جریان مولی فاز مایع در همان نقطه از برج است. غلظت های فاز L و فاز V، x و y مربوط به همین نقطه می باشند.

عتیقه زیرخاکی گنج