پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت-(گروه مهندسی شیمی)

دیدکلی

یک محلول را می‌توان به عنوان مخلوط همگنی از دو یا چند ماده تعریف کرد. درمحلول گاز – مایع یا جامد – مایع معمولا مایع ، حلال و جز دیگر ماده حل شونده می‌باشد. اما دریک مخلوط مایع – مایع انتخاب جز حلال و حل شونده دشوار است. مگر اینکه مقدار یکی بیشتر از دیگری باشد. وقتی در مورد محلولها بحث می‌شود. اولین چیزی که به ذهن می‌آید غلظت آنها می‌باشد. غلظت عبارت است از مقادیر نسبی اجزا موجود در یک محلول. مثلا محلولی که شامل مقدار کمی ماده حل شده باشد، محلول رقیق می‌باشد یا اگر مقدار ماده حل شده بیشتر شود، محلول غلیظ نامیده می‌شود. خواص محلولها به مقادیر نسبی ماده حل شده در حلال بستگی دارد. برای همین است که درکارهای کمی مربوط به محلولها ابتدا باید غلظتها را مشخص کرد.
‍‍‍‍‍!روشهای مختلف بیان غلظت

مولاریته

مولاریته یک محلول عبارت است از مقدار مولهای جسم حل شده در یک لیتر از محلول. این غلظت را به صورت میلی مول حل شده در میلی لیتر هم بیان می‌کنند و یکی از پر کاربردترین مفاهیم غلظت در شیمی تجزیه می‌باشد. این تعریف بر اساس حجم کل محلول استوار است. وقتی غلظت محلول بر حسب مولاریته بیان می‌شود، محاسبه مقدار ماده حل شده موجود در یک نمونه معین از محلول آسان است. تعداد مولهای جسم حل شده از تقسیم کردن وزن آن بر حسب gr به وزن فرمولی آن (وزن مولکولی ، وزن اتمی ، وزن یونی) بدست می‌آید.
وزن فرمولی/ وزن جسم حل شده =تعدادمولها g r / lit لیترمحلول/ مقدارمولهای ماده حل شده=M مولاریته !! نرمالیته: نرمالیته یک محلول برابراست با ارزگرمهای (اکی والان گرمهای) ماده حل شده دریک لیترازمحلول. وزن اکی والان شیمیایی یک ماده بستگی به واکنشی دارد که درآن شرکت کرده است. به عنوان مثال اگر اسیدسولفوریک در واکنش ختثی شدن شرکت کند، هم ارز شیمیایی آن نصف وزن مولکولی آن می باشد.
وزن اکی والان گرم یک ماده برحسب نوع واکنش تعیین می شود.
لیترمحلول/ شماراکی والان جسم حل شده = N نرمالیته
به عنوان مثال وزن اکی والان ماده ای که درواکنش خنثی شدن شرکت می کند عبارت از وزنی ازآن ماده است که درآن واکنش بایک وزن فرمول گرم یون هیدروژن ترکیب می شود.

n = تعداد هیدروژنهای اسید-تعداد OH باز-ظرفیت فلز درنمک-عدداکسیداسیون و …
برحسب نوع واکنش n تعیین می شود.

مولالیته: مولالیته یک محلول عبارت است از عددمولهای حل شده در g r 1000 حلال. مولالیته یک محلول آبی بسیار رقیق همان مولاریته آن محلول است زیرا g r 1000 آب تقریبا ml 1000 حجم اشغال می کند.

gr/ mol gr 1000 حلال / تعداد مولهای ماده حل شده = m مولالیته

درصد وزنی

درصد وزنی یک ماده حل شده دریک محلول عبارتست از:
گرمهای حلال+گرمهای جسم حل شده/ گرمهای جسم حل شده×100 = W% درصد وزنی
درصد وزنی معمولا برای بیان غلظت تجارتی محلولهای آبی در واکنشگرها به کار می رود و به عنوان مثال اسیدنیتریک به صورت محلول 70% به فروش می رسد که در100 گرم آن ، 70 گرم اسیدنیتریک وجود دارد.

درصد حجمی

عبارت است از لیترجسم حل شده برلیترمحلول ضربدرصد.

100×لیترمحلول/ لیتر جسم حل شده = V o l %

گرم برحجم

عبارت است از مقدارگرمهای جسم حل شده دریک لیترمحلول. لیترمحلول/ گرم جسم حل شده=C

درصد وزنی-حجمی

100×حجم محلول به میلی لیتر/ وزن ماده حل شده به گرم=درصدوزنی-حجمی ( V/ W )
این غلظت برای بیان ترکیب محلولهای آبی رقیق و واکنشگرهای جامد به کار می رود بنابراین یک محلول آبی 5% از نیترات نقره محلولی می باشد که ازحل کردن 5 گرم نیترات نقره درمقدارکافی آب مقطر برای تولید 100 میلی لیتر محلول استفاده شده است.

کسرمولی

کسرمولی یک جزء سازنده محلول ، نسبت عده مولهای آن جزء به تعدادکل مولهای تمام اجزاء موجود درمحلول می باشد.
کل مولهای اجزاء موجود درمحلول … n c+ nB+ nA / تعدادمولهای A nA= X_A کسرمولی جسم A

فرمالیته یا غلظت نرمال

فرمالیته عبارت است از مقدار وزن فرمولی ازیک ماده حل شده برحسب گرم دریک لیترمحلول.
لیترمحلول/ ( gFW )= فرمالیته( F)وزن مولکولی/ گرمهای نمونه حل شده = وزن فرمول گرمی ( g FW )

قسمت درمیلیون یا p pm

عبارت است از وزن جسم حل شده برحسب میلی گرم در یک لیتر از محلول.
لیترمحلول/ میلی گرم جسم حل شده = p pm
غلظت مولار و غلظت نرمال پرکاربردترین واحدهای غلظت در تهیه محلولها می باشند.

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت-(گروه مهندسی شیمی)

انواع برج های تقطیر پالایشگاهی

برج هاي تقطیر با سینی کلاهدار (کلاهکی)
در این نوع برج ها ، تعداد سینی ها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینی ها به مقدار مایع و گازي که در واحد زمان از یک سینی می گذرد وابسته است .از آنجاییکه روي هر یک از سینی ها تغییر فاز رخ می دهد هر یک از این سینی ها یک مرحله تفکیک تلقی می شوند. براي اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد باید زمان تماس میان دو فاز و سطح مشترك آنها به بیشترین حد ممکن برسد.

بخش هاي مختلف برج تقطیر با سینی کلاهدار:

بدنه و سینی ها :جنس بدنه معمولاً از فولاد ریخته است و جنس سینی ها از چدن. فاصلۀ سینی ها را معمولاً با توجه به شرایط طراحی، درجه خلوص و بازدهی کار جدا سازي انتخاب می کنند. با بیشتر شدن قطر برج، فاصلۀ بیشتري براي سینی ها در نظر گرفته می شود.
سرپوش ها یا کلاهک ها: جنس آنها از چدن می باشد و نوع آنها با توجه به نوع تقطیر انتخاب می شود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد.
موانع یا سدها :براي کنترل بلندي سطح مایع روي سینی به هر سینی سدي به نام”وییر” Wier قرارمی دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معینی جلو گیري کند. بلندي سطح مایع درون سینی باید چنان باشد که گازهاي بیرون آمده ازشکافهاي سرپوش ها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حدممکن برسد. اثر افزایش زمان گذشتن حباب ازمایع، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده، بازده سینی ها بالا می رود.
 

برج هاي تقطیر با سینی مشبک (غربالی)

در این نوع برج ها ، اندازه مجراها یا شبکه ها باید چنان تعیین شود که فشار گاز بتواند گاز را از مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که دربازده این سینی ها مؤثر است، شیوه کارگذاري آنها در برج است اگراین سینی ها کاملاً افقی قرار نداشته باشند، بلندي مایع درسطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همۀ مجرا ها یکسان نخواهد بود.
یک نکته قابل تأمل دراین نوع برج، خورندگی فلز سینی هاست چون براثر خورندگی ، قطر سوراخ ها زیاد می شود که در نتیجه مقدار زیادي بخار با سرعت کم از درون آن مجاري خورده شده گذر خواهد کرد. می دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد مایع از مجرا به سوي پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.

برج هاي تقطیر با سینی هاي دریچه اي:

این نوع سینی ها مانند سینی هاي مشبک هستند با این اختلاف که دریچه اي متحرك روي این مجرا را گرفته است. در صنعت نفت دو نوع از این سینی ها بکار میروند:
انعطاف پذیر :همانطور که از نام آن بر می آید دریچه ها می توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.
صفحات اضافی :دراین نوع سینی ها دو دریچه یکی سبک که درکف سینی قرار می گیرد و دیگري سنگین که برروي سه پایه اي قرارگرفته، تعبیه شده است. هنگامیکه بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت درمی آید و اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد ، هردو دریچه حرکت می کنند.

برج هاي تقطیر انباشته (پر شده)

دربرج هاي انباشته، به جاي سینی ازتکه ها یا حلقه هاي انباشتی استفاده می شود. در برج هاي انباشته حلقه ها یا تکه هاي انباشته باید به گونه اي انتخاب شوند که دو هدف زیر را عملی کنند:
1- ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار
2- ایجاد فضاي مناسب براي گذاشتن سیال از بستر انباشته.
مواد انباشتی باید داراي تمایل ترکیب با سیال درون برج نباشند و نیز باید به اندازه کافی مستحکم باشند تا بر اثر استفاده شکسته نشود و تغییرشکل ندهند. این را هم بدانیم که مواد انباشتی را به دو روش درون برج قرار میدهند:
پرکردن منظم :ازمزایاي این نوع پرکردن، کمتربودن افت فشار است که درنتیجه می توان حجم بیشر مایع را از آن گذراند.
پرکردن نامنظم :از مزایاي این نوع پر کردن ،میتوان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد ولی افت فشار بخار درگذر برج زیاد خواهد بود.

مقایسه برج هاي انباشته با برج هاي سینی دار:

دربرج هاي انباشته عموماً افت فشار نسبت به برج هاي سینی دار کمتر است ولی اگردر مایع ورود برج ،ذرات معلق باشد ،برج هاي سینی دار بهتر عمل می کنند. زیرا در برج هاي انباشته ،مواد معلق ته نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می گردد. اگر برج متوسط باشد، برج سینی دار بهتر است زیرا اگر در برج هاي انباشته قطر برج زیاد باشد تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.

در برجهاي سینی دار میتوان مقداري از محلول را به شکل فرآیندهاي کناري از برج بیرون کشید، ولی در برجهاي انباشته این کار شدنی نیست.کارهاي تعمیراتی در درون برج هاي سینی دار آسانتر انجام می گیرد. تمیز کردن برج هاي انباشته ، از آنجا که باید قبل از هر چیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نماییم ، بسیار پرهزینه خواهد بود.