پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مهندسی شیمی

روش مک کیب

روش مک کیب-تیل (به انگلیسی: McCabe–Thiele method) روشی در مهندسی شیمی است که برای طراحی برج‌های تقطیر پالایشگاهی و صنعتی استفاده می‌شود. در برج‌های تقطیر صنعتی، تعدادی صفحهٔ بزرگ در فاصله‌های معین قرار دارند که سینی نامیده می‌شوند. بر اثر انتقال جرم بین بخار که در ریبویلر ایجاد می‌شود و مایعی که از کندانسور ریزش می‌کند، جداسازی در طی طول برج و بر روی سینی‌ها انجام می‌شود

.در این روش، محاسبهٔ تعداد سینی‌های مورد نیاز در طراحی برج‌های تقطیر صنعتی و پالایشگاهی با روش ترسیمی بیان می‌شود. برای این منظور نیاز به داشتن نموداری است که غلظت بخار و مایع در دماها و فشارهای مختلف در طی فرایند تقطیر را نشان داده باشد. این نمودار به «نمودار تعادلی» معروف است. در فرایند تقطیر ممکن است دو یا بیش از دو جز از یکدیگر جداسازی شوند، ولی در این روش فقط به جداسازی دو جز با فراریت‌های مختلف از هم پرداخته می‌شود.

ویژگی مهم این روش

ویژگی مهم روش مک کیب-تیل سادگی آن برای بیان یک فرایند پیچیده صنعتی و فیزیکی است، به‌طوری‌که با استفاده از یک نمودار ساده می‌توان به شکل کلی تغییرات داخل یک برج تقطیر را بررسی کرد. این روش اگرچه دارای خطای زیادی است ولی از لحاظ آموزشی دارای اهمیت بالایی است، طوری‌که تقریباً در تمام دانشگاه‌های جهان در رشته مهندسی شیمی تدریس می‌شود

.دیگر روش‌های موجود برای محاسبه سینی‌ها در برج تقطیر عبارتند از روش پانچون-ساواریت و معادله فنسک. این روش‌ها نسبت به روش مک کیب-تیل اطلاعات دقیق‌تری به دست می‌دهند ولی در عوض پیچیدگی محاسبات در آن‌ها بالاتر است. روش مک کیب-تیل نسبت به این روش‌ها ساده‌تر می‌باشد ولی خطای آن بیشتر است.

مخترعان این ر وش

روش مک کیب-تیل در سال ۱۹۲۵ میلادی، توسط دو مهندس شیمی به نام‌های وارن لی مک کیب و ارنست تیل که هر دو از دانش آموختگان دانشگاه MIT بودند، ارائه شد. فرض‌های اساسی این روش عبارت اند از:

• برابری گرمای نهان مولی اجزا در تبدیل از بخار به مایع و برعکس
• برابری شدت جریان‌های مایع و بخار بر حسب مول در ورودی و خروجی از سینی‌ها
• اختلاط مایع و بخار در هر سینی آدیاباتیک است، یعنی گرما بر اثر اختلاط اجزا تبادل یا ایجاد نمی‌شود.
• اختلاف دما بین سینی‌های متوالی برج ناچیز است زیرا از اتلاف گرما صرف نظر می‌شود.

برج تقطیر و عملکرد آن

در روش مک کیب-تیل منظور از برج‌های تقطیر، برج‌هایی هستند که در ابعاد بزرگ و در مصارف صنعتی تولید می‌شوند. این برج‌ها عمدتاً در پالایشگاه‌ها و برای جداسازی هیدروکربن‌های نفتی استفاده می‌شوند. برج‌های تقطیر استوانه‌هایی فلزی و بلند هستند که در درون آن صفحه‌هایی به نام سینی قرار دارد.

ورودی واحدهای تقطیر که به خوراک معروف است، مواد ناخالصی هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده‌اند و با ورود به برج تقطیر عمل جداسازی روی آن‌ها صورت می‌گیرد. ارتفاع، قطر، تعداد سینی، شرایط خوراک و… مواردی هستند که در علومی چون عملیات واحد و در مهندسی شیمی برای برج‌های تقطیر مورد بررسی و محاسبه قرار می‌گیرند.

سینی‌ها نقش مهمی در عمل جداسازی در داخل برج ایفا می‌کنند. به این صورت که در پایین برج واحدی به نام ریبویلر قرار داشته و مایع‌های پایین برج را می‌جوشاند و واحد کندانسور که در بالای برج قرار دارد به عکس، بخارهای بالای برج را مایع می‌کند. خوراک ورودی به برج از اجزا سبک (با فراریت زیاد) و سنگین (با فراریت کم) تشکیل شده‌است.

مباحث انتقال جرم

در اثر انتقال جرم بین بخارها که از پایین وارد سینی می‌شوند و مایع‌ها که از بالا به داخل سینی می‌ریزد، به تدریج مایع پایین برج از ماده سنگین و بخارهای بالای برج از ماده سبک غنی می‌شود. به این ترتیب مواد تشکیل دهنده خوراک ورودی بر اساس تفاوت در فراریت و دمای جوش از هم جداسازی می‌شوند. اصولاً زمانی از تفاوت در فراریت صحبت می‌شود که تفاوت در نقاط جوش اجزا، بیشتر از ۲۵ درجه سانتیگراد باشد. تعداد سینی‌ها نقش مهمی در کارایی یک برج تقطیر دارد که در روش مک کیب-تیل به محاسبه آن پرداخته می‌شود.

استفاده از روش مک کیب-تیل برای جداسازی خوراک دو جزئی امکان‌پذیر است و بر اساس روش ترسیمی با استفاده از داده‌های تجربی تعادل مایع-بخار می‌باشد. در این روش با فرض این که مایع و بخار بر روی هر سینی در حال تعادل ترمودینامیکی قرار دارند، تعداد سینی‌های تئوری محاسبه می‌شود که این تعداد از تعداد واقعی سینی‌های به کار رفته کمتر است. با در نظر گرفتن بازده هر سینی می‌توان به تعداد سینی واقعی به کار رفته در برج رسید.

افزایش زمان تماس فاز بخار و مایع موجب افزایش بازده سینی‌ها می‌شود. در روش مک کیب-تیل هدف محاسبه تعداد سینی‌های تئوری ({\displaystyle N_{T}}) می‌باشد.

توضیح نمادها

در رابطه‌های زیر نمادها به شرح زیر هستند:به قسمتی از ستون تقطیر که بالای سینی خوراک است را بخش غنی سازیو پایین سینی خوراک را بخش عاری سازی می‌گویند.

• {\displaystyle L}=جرم مایع در حال ریزش از سینی‌ها که برای تمام سینی‌های بخش غنی‌سازی با یکدیگر برابر است.
• {\displaystyle {\bar {L}}}=جرم مایع در حال ریزش از سینی‌ها که برای تمام سینی‌های بخش عاری‌سازی با یکدیگر برابر است.
• {\displaystyle V}=جرم بخار در حال صعود از سینی‌ها که برای تمام سینی‌های بخش غنی‌سازی با یکدیگر برابر است.
• {\displaystyle {\bar {V}}}=جرم بخار در حال صعود از سینی‌ها که برای تمام سینی‌های بخش عاری‌سازی با یکدیگر برابر است.
• از آنجایی که به‌طور استاندارد سینی‌های برج ار بالا به پایین شمارش می‌شود، اندیس‌های زیر نمادها نشان دهنده شماره سینی است که جریان مایع یا بخار از آن خارج شده‌است.
• {\displaystyle D}=جرم محصول مقطر یا محصول بالایی برج
• {\displaystyle W}=جرم محصول پایین برج
• {\displaystyle R}=نسبت برگشت در قسمت غنی‌سازی برج
• {\displaystyle x}=کسر مولی جز فرار در مایع
• {\displaystyle y}=کسر مولی جز فرار در بخار
• {\displaystyle n}=شماره سینی‌ها در بخش غنی سازی.
• {\displaystyle m}=شماره سینی‌ها در بخش عاری سازی.

بخش غنی‌سازی برج

شمایی از بخش غنی‌سازی یک واحد تقطیر

در این بخش که شامل سینی‌های بالاتر از سینی خوراک و کندانسور می‌باشد، جز سبک‌تر در فاز بخار غنی می‌شود. در بالای برج بخارهای خروجی به کندانسور رفته و پس از میعان بخشی از آن به داخل برج مجدداً تزریق می‌شود. این بخش با عنوان جریان برگشتی یا ریفلاکس شناخته می‌شود. برای به دست آوردن خط تبادل بالای برج تقطیر به صورت زیر عمل می‌کنیم.

ابتدا رابطهٔ موازنه کلی را اطراف کندانسور می‌نویسیم:

{\displaystyle V_{1}=L_{0}+D}

در رابطهٔ بالا چون مایع برگشتی از کندانسور ({\displaystyle L_{0}}) به سینی اول ریخته می‌شود و پیش از آن نیز سینی وجود ندارد از اندیس {\displaystyle 0} استفاده شده‌است.

همچنین نسبت برگشت را نیز به صورت زیر تعریف می‌کنیم:

{\displaystyle R={\frac {L_{0}}{D}}\!}

حال رابطه موازنه کلی را بر حسب نسبت برگشت بازنویسی می‌کنیم:

{\displaystyle V_{1}=(1+R)D}

همچنین با توجه به فرض اولیهٔ مک کیب، مبنی بر برابری جرم همه بخارها باهم و مایع‌ها با هم در بخش غنی‌سازی و همچنین در بخش عاری‌سازی با همدیگر خواهیم داشت: {\displaystyle L=L_{0}} و {\displaystyle V=V_{1}} همچنین موازنهٔ جرم را برای جز فرار حول کندانسور می‌نویسیم:

{\displaystyle Vy_{n+1}=Lx_{n}+Dx_{D}\longrightarrow y_{n+1}={\frac {L}{V}}\!x_{n}+{\frac {D}{V}}\!x_{D}}

این رابطه به رابطهٔ خط تبادل بالای برج معروف است. همچنین می‌توان این رابطه را بر حسب نسبت برگشت به صورت زیر بازنویسی کرد:

بخش عاری‌سازی برج

شمایی از بخش عاری‌سازی یک واحد تقطیر

در این بخش، مایع از جز سنگین‌تر غنی شده و به پایین برج ریزش می‌کند. این بخش از برج شامل سینی‌های پایین‌تر از سینی خوراک و ریبویلر می‌باشد. مایع پس از ریزش به پایین، برج وارد ریبویلر شده و پس از جوشیده شدن، بخشی از آن به عنوان محصول پایینی خارج و بخشی دیگر به داخل برج دوباره تزریق می‌شود. مجدداً برای این بخش نیز مطابق روش بالا و این بار حول ریبویلر موازنهٔ جرم را انجام می‌دهیم. موازنهٔ کلی جرم حول ریبویلر:

{\displaystyle {\bar {L}}\!={\bar {V}}\!+W}

موازنهٔ جرم جز فرار حول ریبویلر:

{\displaystyle {\bar {L}}\!x_{m}={\bar {V}}\!y_{m+1}+Wx_{m}\longrightarrow y_{m+1}={\frac {{\bar {L}}\!}{{\bar {V}}\!}}\!x_{m}-{\frac {W}{{\bar {V}}\!}}\!x_{W}}

و در انتها با ترکیب رابطهٔ موازنهٔ کلی و رابطهٔ بالا خط تبادل پایین به دست می‌آید:

خط خوراک

حالات کلی خط خوراک

خوراک عبارت است از مادهٔ خام ورودی به یک واحد که در تقطیر عبارت است از ماده‌ای که به برج وارد شده و مورد جداسازی قرار می‌گیرد. خوراک ورودی می‌تواند پنج حالت کلی از نظر ترمودینامیکی داشته باشد که در جدول زیر نشان داده شده‌است:

شرایط خوراک	{\displaystyle f}	{\displaystyle q}
مایع سرد (مایع در دمای زیر نقطه حباب)	f<0	q>۱
مایع اشباع	۰	۱
مخلوط دو فازی (مخلوط مایع و بخار)	عددی بین ۰ و ۱	عددی بین ۰ و ۱
بخار اشباع	۱	۰
بخار مافوق داغ	f>۱	q<0

در جدول فوق {\displaystyle f} عبارت است از کسری از خوراک ورودی که به صورت بخار اشباع است و در نقطه مقابل {\displaystyle q} عبارت است از کسری از خوراک ورودی که به صورت مایع اشباع است. همواره برای یک خوراک ورودی جمع {\displaystyle f} و {\displaystyle q} برابر یک است یعنی:

{\displaystyle f+q=1}

از برخورد دادن دو معادلهٔ خط تبادل بالا و پایین برج که مربوط به بخش غنی‌سازی و عاری‌سازی است، معادلهٔ دیگری به نام معادلهٔ خط خوراک به دست می‌آید. خط کاملاً عمودی مایع اشباع، خط کاملاً افقی بخار اشباع، خطوط بین حالات افقی و عمودی حالت دو فازی، خط مجاور خط عمودی حالت مایع سرد و خط مجاور خط افقی حالت بخار مافوق داغ را نشان می‌دهد.

با استفاده از این معادله و ترسیم آن، می‌توان مکان سینی مناسب برای ورود خوراک را به دست آورد.

رسم نمودار و محاسبه تعداد سینی‌ها

نمودار روش مک کیب-تیل برای یک خوراک دو جزئی و بدون محصول جانبی. همان‌طور گه دیده می‌شود، مثلث‌ها نیز مانند روش نامگذاری شماره سینی‌ها از بالا که متعلق به سینی بالا است، شماره‌گذاری می‌شود. در نتیجه مثلث اول نشان دهنده بالاترین سینی برج است.

برای محاسبهٔ تعداد سینی‌ها و محل سینی خوراک، ابتدا می‌باید نمودار تعادلی بخار-مایع برای دو مادهٔ موجود در مخلوط خوراک را داشته باشیم. در این نمودار که در شکل نشان داده شده‌است، کسر مولی جز فرار در فاز بخار محور عمودی (y) و کسر مولی جز فرار در فاز مایع محور افقی (x) است.

خط تعادل که در این نمودار به صورت ایدئال در نظر گرفته شده‌است در بالای خط {\displaystyle y=x} و به صورت یک قوس رسم شده‌است. ناحیه بین خط تعادلی و خط {\displaystyle y=x} ناحیه دو فازی است. از آنجایی که جداسازی در ناحیهٔ دو فازی رخ می‌دهد، خطوط تبادل و خط خوراک در این ناحیه قرار دارند.

مراحل رسم نمودار

خطوط تبادل و خط خوراک، خطوطی ساده فرض می‌شوند که مطابق معادلات گفته شده با داشتن شیب و عرض از مبدأ آن‌ها می‌توان ترسیمشان کرد. برای خط تبادل بالا شیب نمودار برابر {\displaystyle {\frac {L}{V}}\!} و عرض از مبدأ برابر {\displaystyle {\frac {L}{V}}\!x_{D}} است. همچنین برای خط تبادل پایین نیز شیب برابر با {\displaystyle {\frac {{\bar {L}}\!}{{\bar {V}}\!}}\!} و عرض از مبدأ برابر است با {\displaystyle {\frac {W}{{\bar {V}}\!}}\!x_{W}}. در صورت رسم صحیح دو خط، نقطه تقاطع این دو خط بر روی خط خوراک خواهد بود. در نتیجه با داشتن تنها شیب خط خوراک می‌توان از نقطه تقاطع دو خط تبادل، خط خوراک را رسم کرد.

ادامه کار

در ادامه می‌باید محل {\displaystyle x_{D}} و {\displaystyle x_{W}} و {\displaystyle x_{f}} را بر روی نمودار تعادلی مشخص نمود. (همواره {\displaystyle x_{D}} بزرگتر از {\displaystyle x_{W}} است و {\displaystyle x_{f}} در مکانی بین این دو قرار دارد) سپس از نقطهٔ {\displaystyle x_{D}} که خط تبادل بالا نیز از آنجا شروع می‌شود، به صورت افقی و عمودی خطوطی رسم می‌کنیم تا به {\displaystyle x_{W}} برسیم.

این خطوط همواره باید بین خطوط تبادل و خط تعادلی مایع-بخار باشد. در صورت رسم صحیح نمودار، تعدادی شکل مثلثی یا پله مانند به وجود می‌آید. تعداد این پلکان‌ها همان تعداد سینی‌های تئوری برج تقطیر است. همچنان که در شکل روبرو مشاهده می‌شود، محل تلاقی دو خط تبادل یا همان خط خوراک در محدودهٔ مثلث سوم است، در نتیجه خوراک می‌باید از سینی سوم وارد شود.

تصحیح تعداد سینی‌ها

ریبویلرها و کندانسورها به دو صورت کلیو جزئیهستند. در کندانسورهای جزئی، تنها بخشی از بخار که به داخل برج بر می‌گردد (ریفلاکس) به مایع تبدیل می‌شود و مابقی به‌صورت بخار خارج می‌شود اما در نوع کلی، همهٔ بخار ورودی به کندانسور به مایع تبدیل می‌شود؛ در مورد ریبویلرها نیز به همین ترتیب است.

در صورتی که کندانسور از نوع جزئی باشد، سینی شماره یک (پله شماره ۱) در شمارش تعداد سینی‌ها آورده نمی‌شود و در صورتی که از نوع کلی باشد سینی اول نیز شمارش می‌شود. زیرا در کندانسورهای جزئی، کندانسور خودش به صورت یک سینی عمل می‌کند چون فاز مایع و بخار همانند سینی در حال تعادل هستند که می‌تواند باعث جداسازی شود. در مورد ریبویلرها نیز به همین ترتیب برای سینی آخر (پله آخر) تصمیم‌گیری می‌کنیم.

حالت‌های خاص در روش مک کیب-تیل

شرایطی که در بالا مورد بررسی قرار گرفت ساده‌ترین حالت یک برج تقطیر یعنی یک خوراک ورودی و محصول بالا و پایین است. اما ممکن است در برخی شرایط تغییراتی در شکل و نحوهٔ جداسازی در برج انجام گیرد که در ادامه به تعریف آن‌ها و بررسی معادلات آن می‌پردازیم.

بیشترین میزان برگشت، کمترین تعداد سینی

بیشترین میزان برگشت، کمترین تعداد سینی

{\displaystyle y_{n+1}={\frac {L}{V}}\!x_{n}+{\frac {D}{V}}\!x_{D}\longrightarrow y_{n+1}=x_{n}}

خط تبادل پایین

همچنین برای خط تبادل پایین نیز جرم محصول خروجی پایین ({\displaystyle W}) برج برابر صفر بوده و مقدار ({\displaystyle {\bar {L}}}) و ({\displaystyle {\bar {V}}}) با هم برابرند:

همان‌طور که مشاهده می‌شود این دو خط بر خط {\displaystyle y=x} منطبق هستند. برای محاسبهٔ تعداد سینی‌ها مطابق روش گفته شده تعداد پلکان‌ها را شمارش می‌کنیم. نکته مهم در این قسمت شمارش پله اول و آخر است زیرا کندانسور و ریبویلر از نوع کامل هستند.

کمترین میزان برگشت، بیشترین تعداد سینی

کمترین میزان برگشت، بیشترین تعداد سینی

در این شرایط کمترین جرم ممکن از بخار به داخل برج بازگردانده می‌شود. برای این منظور می‌باید از {\displaystyle x_{D}} به محل تلاقی خط خوراک با خط تعادل وصل کرد تا خط تبادل بالا به دست آید. شیب و عرض از مبدأ این معادله برابر با شیب و عرض از مبدأ خط تبادل با کمترین نسبت برگشت ممکن است. با استفاده از رابطهٔ زیر می‌توان کمترین مقدار نسبت برگشت را محاسبه کرد:

{\displaystyle y_{n+1}={\frac {R}{R+1}}\!x_{n}+{\frac {x_{D}}{R+1}}\!}

شیب و عرض از مبدأ این معادله، برابر با شیب و عرض از مبدأ خط ترسیم شده‌است. برای خط تبادل پایین نیز از {\displaystyle x_{W}} به محل تلاقی خط خوراک و خط تعادلی رسم می‌شود و مطابق خط تبادل بالا شیب و عرض از مبدأ این خط برابر با شیب و عرض از مبدأ خط تبادل پایین با کمترین نسبت برگشت ممکن است.

همچنین در این حالت تعداد سینی‌ها به بی‌نهایت می‌رسد. در نتیجه به‌طور کلی می‌توان گفت که هر قدر خطوط تبادل به سمت خط تعادل میل کند، تعداد سینی‌ها نیز بیشتر می‌شود.

استفاده از بخار مستقیم

برج تقطیر با تزریق بخار مستقیم

نمودار مک کیب برای حالت تزریق بخار مستقیم

در برخی موارد به علت وجود یک بویلر مرکزی در واحد صنعتی، از یک ریبویلر مخصوص برای برج تقطیر استفاده نمی‌شود و مایع پایینی برج پس از خروج به بویلر فرستاده شده و بخار خروجی از بویلر مجدداً به پایین برج تزریق می‌شود.

در این حالت و با در نظر گرفتن جریان‌های ورودی و خروجی به پایین برج، معادلهٔ خط تبادل پایین به صورت زیر بازنویسی می‌شود:

{\displaystyle y_{m+1}={\frac {W}{S}}\!x_{m}-{\frac {W}{S}}\!x_{w}}

اگر خط تبادل با خط ({\displaystyle y=x}) برخورد داده شود در نقطه {\displaystyle x={\frac {-{\frac {W}{S}}\!}{1-{\frac {W}{S}}\!}}\!x_{W}} همدیگر را قطع می‌کنند

همچنین خط تبادل پایین در نقطهٔ ({\displaystyle x_{W}}) با محور {\displaystyle x} برخورد می‌کند. در نتیجه با در نظر گرفتن این دو نقطه (علاوه بر روش شیب و عرض از مبدأ) خط تبادل پایین قابل رسم است.

در این حالت خط تبادل بالا تغییر نمی‌کند و مانند قبل از نقطهٔ ({\displaystyle x_{D}}) تا خط خوراک رسم شده و با خط تبادل پایین برخورد می‌کند.

برج با چند خوراک ورودی

برج تقطیر با دو خوراک ورودی

نمودار مک کیب برای دو خوراک ورودی

ممکن است در یک برج تقطیر بیش از یک خوراک وارد شود. در این شرایط به تعداد خوراک اضافه شده، خط تبادل جدید افزوده می‌شود و با رسم نمودار می‌توان محل سینی هر خوراک را تعیین کرد. خطوط تبادل بالا و پایین تغییر نمی‌کند ولی خطی جدید با معادلهٔ زیر برای ناحیهٔ بین دو خوراک ورودی خواهیم داشت:

{\displaystyle y_{z+1}={\frac {L’}{V’}}\!x_{z}+{\frac {Dx_{D}-F_{1}x_{f_{1}}}{V’}}\!}

بدیهی است که با افزوده شدن خوراک‌های جدید تنها تعداد عبارت‌های {\displaystyle Fx_{f}} در {\displaystyle {\frac {Dx_{D}-F_{1}x_{f_{1}}}{V’}}\!} اضافه می‌شود.

روش ترسیمی برای این حالت نیز مانند قبل است، با این تفاوت که فقط یک خط تبادل دیگر نیز افزوده می‌شود.در اینجا {\displaystyle V’} نشان دهندهٔ بخار در حال صعود و {\displaystyle L’} نشان دهندهٔ مایع در حال ریزش در قسمت بین دو خوراک ورودی است. همچنین اندیس {\displaystyle z} به این دلیل به کار می‌رود تا با معادلات خط تبادل بالا و پایین اشتباه نشود. به‌طور کلی با اضافه شدن خوراک جدید یا محصول جانبی، تعداد تقسیم‌بندی‌های برج زیاد شده و نام گذاری‌ها تغییر می‌کند.

برج با محصول جانبی

شمایی از یک برج تقطیر با یک محصول جانبی میانی

نمودار مک کیب برای یک خوراک ورودی و یک محصول جانبی

گاهی مواقع به محصول جانبی با کیفیت پایین‌تر از محصول بالایی برج نیاز داریم. در این شرایط با گرفتن یک خروجی از قسمت‌های پایین‌تر برج، این محصول به‌دست می‌آید. با استفاده از روش مک کیب-تیل می‌توان با داشتن اطلاعات محصول جانبی مورد نیاز، محل سینی مناسب برای خروج محصول جانبی را تعیین کرد. در این حالت نیز به تعداد محصول جانبی خارج شده از برج، خط تبادل اضافه می‌شود.

نکات مهم

نکتهٔ مهم در این قسمت این است که برخلاف حالت چند خوراک، شیب خط تبادل وسط نسبت به خط تبادل بالا کاهش می‌یابد. به‌طور کلی می‌توان گفت که ورود خوراک جدید موجب افزایش شیب خطوط تبادل میانی شده و خروج محصول جانبی نیز موجب کاهش شیب خطوط تبادل میانی می‌شود.

خط تبادل میانی در این حالت از معادلهٔ زیر پیروی می‌کند:

{\displaystyle y_{z+1}={\frac {L’}{V’}}\!x_{z}+{\frac {Dx_{D}+S_{1}x_{S_{1}}}{V’}}\!}

که در این رابطه {\displaystyle S_{1}} جرم محصول جانبی خروجی و {\displaystyle x_{S_{1}}} کسر مولی جز فرار در محصول جانبی خروجی است.

بدیهی است که با افزوده شدن محصولات جانبی جدید تنها تعداد عبارت‌های {\displaystyle Sx_{s}} در {\displaystyle {\frac {Dx_{D}-S_{1}x_{S_{1}}}{V’}}\!} اضافه می‌شود.

روش مک کیب-تیل برای تقطیر آزئوتروپی

شمایی کلی از یک واحد تقطیر آزئوتروپی با دو برج تقطیر

دو حال یک نمودار x-y مربوط به تقطیر آزئوتروپی. نمودار سمت چپ آزئوتروپی با بیشترین دمای جوش و نمودار سمت راست آزئوتروپی با کمترین دمای جوش است.

 تقطیر آزئوتروپی

محلول‌های هم جوش یا آزوئروپ محلول‌هایی هستند که فراریت دو جز در آن‌ها متغیر است به‌طوری‌که در نمودار {\displaystyle x-y} آن‌ها تا بخشی از نمودار فراریت جز مثلاً A بیشتر است و از آن به بعد فراریت جز B بیشتر خواهد بود. در نتیجه در نمودار بر خلاف حالت ایدئال (مطابق قانون رائولت)، بخشی از نمودار بالای خط {\displaystyle y=x} و بخش دیگر زیر آن قرار خواهد گرفت.

جداسازی

برای جداسازی محلول‌های آزئوتروپ روش‌های زیادی پیشنهاد شده‌است اما بهترین آن استفاده از چند برج تقطیر به صورت سری است که طی این فرایند با هر بار جابجایی نمودار از بالای خط {\displaystyle y=x} به پایین و بر عکس یک برج جدید به مجموعه اضافه می‌شود. روش مک کیب-تیل برای این حالت نیز از اصول گفته شده پیروی می‌کند با این تفاوت که می‌باید برای هر برج به‌طور جداگانه اجرا شود.

در نتیجه مثلاً برای محلولی با یک نقطه آزئوتروپ که از دو ناحیه بالا و پایین خط {\displaystyle y=x} تشکیل شده‌است، چهار خط تبادل خواهیم داشت که دو تای آن در ناحیه بالای خط {\displaystyle y=x} و دو تای دیگر زیر خط {\displaystyle y=x} رسم خواهد شد. همچنین هر بخش نشان دهنده تعداد سینی‌های مربوط به یک برج است چرا که دو یا چند برج در این حالت به کار رفته‌است.

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مهندسی شیمی:

بیشتر فرآیندهای صنعتی شامل انتقال مایعات یا انتقال انرژی است. این کار به لطف پمپ های گریز از مرکز که محبوب ترین توربوماشین ها هستند، امکان پذیر شده است. رشد و پیشرفت فرآیندهای صنعتی همواره با پیشرفت تجهیزات پمپاژ مرتبط بوده است. پمپ های گریز از مرکز به دلیل ظرفیت آنها برای استفاده در جریانهای شدید، بیش از 85٪ از تولیدات جهانی پمپ ها را تشکیل می دهند.

این پمپ ها برای کاربردهای مختلف از جمله تقویت فشار، فاضلاب، تأمین آب، توزیع گرمایش و سرمایش و سایر کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. مهندسین عملیاتی در چنین صنایعی باید نه تنها درک خوبی از روند فرآیند ها بلکه از اجزای پمپ ها نیز داشته باشند.

پمپ گریز از مرکز چیست؟

به زبان ساده ، پمپ سانتریفیوژ ماشینی است که به مایع یا سیال انرژی می دهد تا مقدار ارتفاع آن افزایش یابد. این پمپ متعلق به کلاس ماشین های چرخشی است. این دستگاه با توجه به اینکه اولین دستگاه در اواخر 1600 طراحی شده است، به اندازه کافی مورد آزمایش واقع شده است.

با این حال، بیشترین کاربرد آن در قرن گذشته بوده است. پمپ های جابجایی مثبت قبل از آن محبوب تر بودند. ما می توانیم بیشتر این رشد را به دلیل توسعه موتورهای احتراق داخلی ، موتورهای برقی و توربین های بخارکه برای حرکت به پمپ های گریز از مرکز نیاز دارند، مرتبط بدانیم.

چرا این پمپ ها امروزه بسیار محبوب هستند؟ پمپ های گریز از مرکز به دلیل بهترین نسبت کارایی به هزینه بالاتر در مقایسه با سایر نوع پمپ ها یا دستگاه های مورد استفاده در انتقال مایعات استفاده می شوند.

اصول کار یک پمپ گریز از مرکز

به طور معمول، یک پمپ گریز از مرکز از یک محفظه پر از مایع تشکیل شده است. این مایع می تواند هر چیزی باشد،اما در بیشتر موارد آب است. یک جزء درون محفظه (پروانه) با سرعتی بالایی می چرخد و در نتیجه مایعات را تحت نیروی گریز از مرکز قرار می دهد. به دلیل این ایجاد نیرو، مایع به سمت خروجی تخلیه می شود.

با تخلیه آب، خلاء ای ایجاد می شود که منجر به شکل گیری فشار اتمسفر می شود  و باعث می شود مایعات بیشتری از محفظه خارج شود. بخشی از دلیل بی نقص بودن این حرکت به دلیل است که پره ها روی پروانه دارای انحنا هستند.

حرکت سیال درون یک پمپ گریز از مرکز

ایده پمپ گریز از مرکز تبدیل نیروی گریز از مرکز به انرژی جنبشی است. چرخش پروانه به مایعات نیرو محوری می دهد که متناسب با سرعت در نوک پره است. با بیرون آمدن مایعات ، انرژی جنبشی دارد. این انرژی جنبشی به دلیل مقاومت در نازل تخلیه و حلزونی پمپ بیشتر در ادامه فشاری تبدیل می شود.

پارامترهای طراحی مکانیکی پمپ

مفید بودن مکانیکی و هیدرولیکی پمپ گریز از مرکز برای اثربخشی و قابلیت اطمینان سیستم بسیار مهم است. اندازه بیش از اندازه یا کم آن می تواند منجر به وقوع مشکلات در طول عمر کاری سیستم شود.

این فاکتورها مربوط به هر دو مشخصات مکانیکی و هیدرولیکی پمپ هستند. ملاحظات مکانیکی عبارتند از: شرایط پمپاژ ، آب بندی پمپ و هندسه پروانه. به طور کلی، شما باید در عمل بین راندمان و هزینه در هنگام طراحی هندسه تعادل برقرار کنید.

ملاحظات هیدرولیکی شامل نقطه کاری، سرعت جریان، مشخصات سیال و مقاومت سیستم است.

شما نمی توانید هنگام طراحی یا نصب پمپ گریز از مرکز ، شرایط مکش را نادیده بگیرید. یک مفهوم مهم در این زمینه هد خالص مکش مثبت (NPSH) است، که به معنی هد مورد نیاز در مکش پمپ در یک شرایط کاری خاص جهت جلوگیری از مشکلات وقوع کاویتاسیون است.

NPSH مورد نیاز فقط به طراحی سازنده پمپ بستگی دارد: پوشش، پروانه، نازل … این داده ها توسط سازنده به عنوان منحنی ارائه می شوند و NPSH موجود به شرایط مکش پمپ بستگی دارد.: فشار مایع، دما، بخار فشار سیال، سر مکش یا بالابر مکش … این داده ها توسط طراح نصب محاسبه می شود. برای انجام این محاسبات از روابط دقیق ریاضی مهندسی استفاده می گردد.

طراحی و عملکرد پمپ گریز از مرکز

دو قسمت اصلی در یک پمپ گریز از مرکز وجود دارد که عبارتند از قسمت ثابت و قسمت دوار. قطعات مانند اجزای نشان داده شده  در شکل 2 در پایین است. قطعات ثابت عبارتند از محفظه ، نازل و بلبرینگ.

قطعات چرخان عبارتند از پروانه و شفت (میله). به غیر از این قسمت های اصلی ، پمپ گریز از مرکز همچنین دارای اجزای کمکی است که شامل سیستم های خنک کننده ، کنترل و روانکاری می باشد.

اجزای یک پمپ سانتریفیوژ

در هنگام انتخاب قسمت های محتلف یک پمپ گزینه های طراحی بسیاری وجود دارد. روکش مونوبلوک یا اسپلیت، مکش دوگانه، مکش انتهایی، خط ورودی، پروانه بسته یا باز، ساخت افقی یا عمودی ، تک مرحله یا چند مرحله و غیره تولید کننده محصولات مختلفی با ترکیب متفاوت قطعات برای رسیدن به نیازهای خاص هر فرآیند را دارد. به عنوان مثال  پروانه باز برای سیال با جامد معلق استفاده میشود.

پروانه

پروانه مهم ترین عضو یک پمپ است. پروانه یک پمپ گریز از مرکز به سرعت چرخش می یابد تا سرعت را به مایع پمپاژ شونده منتقل کند. اگر قبلاً پروانه پمپ را ندیده اید، پروانه قایق را تجسم کنید. هنگامی که یک پروانه قایق چرخانده می شود ، سرعت را به مایع اطراف آن منتقل می کند. با حرکت مایع، این سرعت پروانه را وادار به حرکت می کند تا در آب حرکت کند.

حال تصور کنید چه اتفاقی می افتد اگر قایق در محل قرار گیرد، آنقدر محکم باشد که از حرکت قایق جلوگیری کند. بعد تصور کنید که سرعت تولید شده توسط پروانه قایق  به طوری کنترل شده است که جریانی از آب ایجاد می شود تا شما بتوانید در به سمت مکان دلخواه خود حرکت کنید.

در پمپ گریز از مرکز شما پروانه ای دارید که به سرعت می چرخد ​​و سرعت را به مایع موجود در پمپ منتقل می کند درست همانطور که یک پیشران قایق سرعت را به آب یک دریاچه منتقل می کند. محفظه، بخشی از ساختار پمپ است که سرعت آن را می گیرد ، آن را شامل می شود، آن را را کنترل می کند و به سمت جهت مطلوب می فرستد.

هر پروانه دارای 1 یا بیشتر پره است که از مرکز پروانه  به سمت محیط خارجی آن کشیده شده اند. با چرخش پروانه، نیروی گریز از مرکز باعث می شود تا مایع به سرعت از مرکز پروانه، در امتداد پره ها حرکت کند و سپس از پروانه در خارجی ترین قطر خارج شود. نتیجه این است که مایع پمپ شده از محیط پروانه با سرعت بسیار بالایی خارج می شود.

انتخاب هیدرولیکی

در مورد فرآیند انتخاب پمپ گریز از مرکز: ظرفیت، هد و هد خالص مکش مثبت (NPSH) پارامتر های مهم هستند. آن ها در مراحل کلی زیر در انتخاب پمپ گریز از مرکز تعیین کننده هستند:

مرحله 1: محاسبه نرخ حجمی مورد نیاز

نرخ حجمی به حجم سیال عبور داده  شده در واحد زمان از درون پمپ اشاره دارد. این پارامتر با نوع فرآیند و تعداد پمپ هایی که نصب می شود تعیین می شود.

مرحله 2: محاسبه هد استاتیکی

هد استاتیک به تفاوت در ارتفاع بین بالاترین نقطه در جایی که می خواهید آب را تحویل مصرف کننده بدهید  و ارتفاع منبع آب، اشاره دارد. همانطور که از نام آن پیداست ، هد استاتیک ثابت است، یعنی با تغییر دبی سیستم دچار تغییر نمیشود.

مرحله 3: محاسبه هد اصطکاکی

برای محاسبه اتلاف هد در اثر اصطکاک، باید تمام عناصر موجود در سیستم لوله وصل شده به پمپ را در نظر بگیرید: لوله، اتصالات، مبدل های حرارتی، شیرها و… با تعیین خصوصیات اصطکاکی این عناصر و خصوصیات سیال، هد اصطکاکی محاسبه می شود.

مرحله 4: محاسبه هد کل

شما می توانید با جمع کردن هد استاتیک و هد اصطکاکی، هد کل را بدست آورید.

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصصین صنعت ومدیریت-گروه شیمی

کاتالیست چیست؟

کاتالیست ماده ­ای است كه سرعت واكنش هاي شيميايي را از طریق کاهش انرژی فعال سازی، افزايش می­دهد بدون اينكه خود در آنها شركت كند. یکی از موارد استفاده کاتالیست­ها، مبدل­های کاتالیستی می­ باشد.

مبدل­های کاتالیستی از دهۀ 70 میلادی با هدف کاهش آلودگی هوا، بر سر راه خروجی موتورهای بنزینی نصب شده اند. جدیدترین و مرسوم ­ترین نوع آنها، مبدل­های سه راهه هستند که اولین نوع آنها سال 1976 در آمریکا برای موتورهای بنزینی اجباری شد. در ایران نیز از سال 1383 نصب کاتالیست روی خودروهای سواری و وانت تولیدی اجباری شده است.

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است علت انتخاب نام سه راهه برای این مبدل­ها آن است که برای کاهش همزمان سه نوع گاز سمی و آلایندۀ هوا شامل: مونوکسیدکربن(CO) ، هیدروکربن­های حاصل از احتراق ناقص (HC) و اکسید نیتروژن (NO_X) و تبدیل آنها به گازهای غیرسمی ، بخار آب(H₂O)، نیتروژن (N₂) و دی­ اکسید کربن (CO₂) مورداستفاده قرار می­ گیرند.

کاتالیست های سه منظوره زمانی حداکثر تبدیل هر سه آلاینده را خواهند داشت که در جریان گازهای خروجی از موتور، نسبت CO به NO_X در محدودۀ استوکیومتری باشد. نمودار زیر نشان دهندۀ محدودۀ استوکیومتری می باشد:

گازهای آلایندۀ خروجی از موتور

اصولاً گازهای خروجی از اگزوز شامل: پارافین ها، اولفین­ها، ترکیبات آروماتیک (که هرسه به عنوان هیدروکربن­ های نسوخته شناخته می­ شوند)، بخار آب، منو اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، اکسیدهای گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن می­باشد که از میان آنها سه آلاینده اصلی زیانبار و خطرناک : منواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن و هیدرو کربن­ های نسوخته هستند.

به طور مثال: منو اکسید کربن که گازی است بیرنگ و بی بو، با میل ترکیـبی زیاد که از احتراق ناقـص سوخت های فسیـلی به وجود می­ آید می­تواند تا 250 بار سریعتر از اکسیژن با هموگلوبین خون ترکیب شود که اثرات آن از سردرد تا مرگ می ­باشد. از دیگر زیان­های گازهای خروجی از اگزوز می­توان به تولد نوزادهای ناقص یا انواع سرطان­های ریه و… اشاره کرد.

واکنش­های اکسایش و کاهش

با توجه به آلاینده­های موجود در گازهای خروجی از موتور، هدف تبدیل گازها از طریق واکنش اکسایش و کاهش در کاتالیست­ها به مواد کم ضرر و یا به طور عمده بی ضرر برای محیط زیست و موجودات زنده می­ باشد.

شرایط موثر بر عملکرد کاتالیست

به دلیل آنکه ECU خودروها با وجود کاتالیست کالیبره می­ شود، هر گونه تغییر در کاتالیست و یا حذف آن، اگر چه ممکن است در ابتدا موجبات شتاب بیشتر خودرو را فراهم سازد اما در نهایت منجر به کارکرد نامناسب موتور و افزایش مصرف سوخت خواهد گردید.

علاوه بر این از کاربراتور یا انژکتور در موتور انتظار می­ رود سوخت و هوا را به نسبت درستی مخلوط کند. هرگونه خطا در عملکرد کاربراتور یا انژکتور می­ تواند به طور مستقیم بر استوکیومتری واکنش در سیلندرها تأثیر گذاشته و در نتیجه سبب افزایش میزان آلاینده­ ها گردد.

مواد موجود در سوخت نیز می­ تواند به طور مستقیم بر روی میزان آلاینده­ ها و عملکرد کاتالیست تأثیر گذار باشد. به عنوان مثال گوگرد موجب مسمومیت پایدار در کاتالیست می گردد، بدین صورت که با واکنش با سطح فعال کاتالیست، مانع ایجاد واکنش تصفیه شده و کاتالیست را از کار می اندازد.

با توجه به استانداردهای اروپا (98/69/EC و 8/2002/EC) غلظت گوگرد و سرب برای سوخت بنزین مطابق جدول زیر می باشد:

پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریتگروه مهندسی شیمی

انرژی یکی از عوامل مهم در زندگی بشر  و توسعه پایدار آن می باشد.سوخت های فسیلی عمده ترین منبع برای تامین انرژی در زمان حال محسوب می شود ؛اما با توجه به محدودیت سوخت های فسیلی و آلودگی های ناشی از آن ،یافتن منابع انرژی جایگزین برای آن ضروری به نظر می رسد . در چند سال گذشته تحقیقات بر روی یافتن منابع انرژی تجدید پذیر و پاک همچون انرژی خورشیدی،انرژی بادی وسوخت هایی هم چون بیودیزل افزایش یافته و به نتایج مفید و موثری هم دست یافته شده است . در این مطلب در پی این هستیم که بیودیزل به عنوان یک سوخت پاک و تجدیدپذیر  را معرفی کنیم .

بیودیزل چیست؟

بیودیزل را می توان با ترکیب شیمیایی هر روغن طبیعی یا چربی با الکل مانند متانول یا اتانول تولید کرد.اغلب در تولید تجاری بیودیزل از متانول به عنوان الکل استفاده می شود.از لحاظ ویژگی فیزیکی  بیو دیزل یک مایع روشن تا زرد تیره است که عملاً غیرقابل مخلوط با آب بوده و  نقطه جوش بالا و فشار بخار پایینی دارد.بزرگترین و مناسب ترین منابع روغن برای تولید بیودیزل از روغن محصولاتی همچون سویا و پالم به دست می آید.در مناطق مختلف جهان بسته به شرایط اقلیمی و خاک به روغن های گیاهی خاصی جهت تولید بیودیزل توجه شده است.  گیاهان روغنی قابل کشت در اقلیم ایران چهار دانه روغنی سویا، گلرنگ، کلرا و بزرک که امکان گسترش کشت آن در مناطق مختلف کشور وجود دارد مناسب است.

مزایای بیودیزل

• به علت دارا بودن نقطه اشتعال 150 درجه سانتیگرادی نسبتاً غیرقابل اشتعال و بسیار ایمن‌تر از دیزل می باشد.

• بیودیزل را می توان با هر نسبتی حتی در نسبت  پایین با سوخت های دیزل ترکیب کرد؛این کار موجب افزایش روان شدگی(سایش کمتر موتور) تا 65 درصد می شود .

• سوخت های بیودیزل تقریبا همان قدرت اسب بخار ی که سوخت های دیزلی تامین می کند را فراهم می کند .

• مصرف سوخت های بیودیزل در موتور های دیزلی نسبت به سوخت های دیزلی ،هیدروکربن های نسوخته ،ذرات معلق و مونواکسید کمتری تولید می کند.

معایب بیودیزل

• عدم صرفه اقتصادی

• مشکلات فرآیندی تولید بیود دیزل

• تولید NO_x بیشتر نسبت به سوخت دیزل به دلیل محتوای بالاتر اکسیژن بیودیزل

• اکسید شدن بیودیزل در معرض هوا

فرآیندهای تولید بیودیزل

همانطور که اشاره کردیم از ترکیب شیمیایی هر روغن گیاهی یا چربی با الکل سوخت بیودیزل تولید کرد ؛ برای تولید بیودیزل سه فرآیند اساسی متداول است:

• ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن

• ترنس استری فیکشن مستقیم اسیدی روغن

• تبدیل روغن به اسیدهای چرب و سپس به بیودیزل

تقریبا تمام بیودیزل  از روش   ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن تولید می شود؛ زیرا این فرآیند هم از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بوده و هم  دما و فشار این واکنش پایین  و دارای بازدهی تولید 98٪ است.  مشکل اصلی این روش، حساسیت کاتالیزورهای قلیایی با خلوص ماده خام است. حضور اسید های چرب آزاد و آب در مواد خام تاثیر قابل توجهی بر واکنش پرتوزیسیون دارند.

فرآیند زیر ترنس استری فیکشن کاتالیست بازی روغن را بیان می کند:

تولید بیودیزل

به طور معمول تولید بیودیزل از طریق مراحل زیر صورت می گیرد:

1)مخلوط کردن الکل با کاتالیست

به طور عمده از هیدروکسیدسدیم (سود سوزآور) یا هیدروکسید پتانسیم(پتاس) به عنوان کاتالیست استفاده می شود؛ابتدا  مخلوط الکل / کاتالیست به یک ظرف واکنش بسته و روغن یا چربی اضافه می شود.در این مرحله سیستم به منظور جلوگیری از هدررفت الکل  طور کامل ایزوله  است.

به منظور انجام واکنش  و افزایش سرعت آن ، واکنش را در دمایی بالاتر از  نقطه جوش الکل (حدود 160 درجه فارنهایت) انجام می دهند  .

زمان توصیه شده  برای واکنش 1 تا 8 ساعت می باشد، و در برخی از سیستم ها توصیه می شود  که واکنش در دمای اتاق انجام می شود.

معمولا از الکل اضافی  بمنظور  اطمینان از تبدیل کل چربی یا روغن به استر های آن استفاده می شود. باید نسبت  آب و اسید های چرب آزادی که  در روغن یا چربی وجود دارد   کنترل کرد؛ در صورتی که سطح آب یا سطح  اسید چرب آزاد بیش از حد بالا باشد، ممکن است با تشکیل صابون و جداسازی محصولات جانبی گلیسیرین در پایین دست، مشکل ساز شود.

همین که واکنش کامل شد دو محصول مهم خواهیم داشت که عبارتند از گلیسیرین و بیودیزل که هر یک دارای مقادیر اساسی از الکل اضافی بوده که در واکنش مورد استفاده قرار گرفته است.

2)حذف الکل

هنگامی که فازهای گلیسیرین و بیودیزل جدا شده اند، الکل اضافی موجود در  هر فاز از طریق  فرآیند تبخیر فلاش یا تقطیر حذف می شود. در سیستم های دیگر، الکل حذف می شود و مخلوط  قبل ازاین که  گلیسیرین و استرها جدا شوند خنثی می شود. در هر دو حالت  الکل با استفاده از تجهیزات تقطیر بازیافت می شود و دوباره استفاده می شود.

لازم به ذکر است که باید از جمع شدن آب بر جریان الکل بازیافتی اطمینان حاصل شود

3)خنثی سازی گلیسیرین

گلیسیرین حاصل از ترکیب کاتالیست و صابون مصرف نشده ،توسط اسید خنثی می شود و به عنوان گلیسیرین خام  ذخیره می شود.در برخی موارد نمک تشکیل شده در این فاز برای استفاده به عنوان کود بازیافت و مورد استفاده قرار می گیرد. در بیشتر موارد نمک در گلیسیرین باقی می ماند. آب و الکل برای تولید  گلیسیرین خام 80-88 درصد حذف می شود تا آماده عرضه به عنوان گلیسیرین خام شود. در فرآیند های پیشرفته ، گلیسیرین به میزان 99٪ و حتیبالاتر تقطیر  شده و به بازار لوازم آرایشی و دارویی فروخته می شود.

4)شستشوی متیل استر

گاها پس از جداسازی بیودیزل از گلیسیرین ،میتوان با شست و شوی آرام با آب گرم کاتالیست و صابون باقی مانده خشکانده  و برای انباشت ارسال می شود.در برخی از فرآیند ها وجود این مرحله ضرورتی ندارد.

به طور معمول در انتهای فرآیند تولید ،مایعی زرد کهربایی رنگ با چسبندگی شبیه به گازوئیل  حاصل می شود .

5)کیفیت وثبت محصول

پس از تولید محصول نهایی ، باید کیفیت آن را از ابعاد مختلف مورد بررسی و تجزیه و تحلیل   قرار داد از جمله :

• واکنش کامل

• حذف گلیسیرین

• حذف کاتالیست

• حذف الکل

• عدم وجود اسیدهای چرب آزاد

پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریتگروه مهندسی شیمی

مقدمه

تصفیه آب توسط بشر سابقه طولانی و قدیمی دارد. مورخین بر این عقیده هستند که سابقه تصفیه آب به  حدود دو هزار سال پیش از میلاد مسیح می رسد.این مراحل تصفیه ای شامل جوشاندن و صاف کردن آب بوده است. وسایل اولیه تصفیه آب در منازل افراد مورد استفاده قرار می گرفت و تا حدود سده نخست میلادی هیچ نشانه ای دال بر وجود عملیات تصفیه ای بر روی آب مصرفی جامعه وجود نداشت . برخی از آبراه های رومیان به حوضچه هایی متصل می شد که در آن ها عمل ته نشینی آب صورت می گرفت و مجهز به کانال آبگیر شنی بود.این آبراه ها دارای تعدادی شیر بودند که برای مصرف عمومی توسط مردم مورد استفاده قرار می گرفتند.در شهر ونیز که بر روی جزیره ای بدون آب شیرین قرار گرفته است ،آب حاصل از بارندگی از طریق حیاط ها و بام ها که متصل به آب انبار های بزرگ بودسرازیر میشد ودر مسیر حرکت خود از فیلترهای شنی عبور میکرد.اولین نوع از این آب انبارها در حدود پنج قرن پس از میلاد مسیح برای تهیه آب جهت مصارف خصوصی و عمومی ساخته شد. این آب انبارها حدود 13 قرن مورد استفاده قرار گرفت .در قرون وسطی عملیات تصفیه آب  دچار رکود گردید تا این که  دوباره در قرن18 مورد توجه قرار گرفت .در فرانسه وبریتانیا امتیازاتی انحصاری برای وسایل صافی کردن صادر گردید.در آغاز سده 19 میلادی تصفیه منابع آب برای مصرف عموم در مقیاس بزرگ آغاز گردید.شهر بیزلی اسکاتلند به عنوان نخستین شهری  که آب مصرفی آن مورد تصفیه قرار گرفت شناخته می شود؛سیستم تصفیه آب بر پایه ی تهنشین سازی و سپس فیلتراسیون بود .به تدریج در اروپا استفاده از این سیستم متداول گشت و در پایان قرن 19 میلادی بیشتر منابع اب شهری فیلتر می شد.نرم کردن آب سخت در قرن 19 در اروپا انجام میگرفت .اما تا آغاز قرن بیستم میلادی برای مصارف عمومی آب گسترش نیافت .ظرفیت ذغال برای جداسازی مواد آلی محلول در آزمایش های مربوط  به فیلتراسیون مورد توجه قرار گرفت ،اما برای مصرف عمومی آب  استفاده نشد .اصلاح این ماده و تبدیل آن به کربن فعال همراه با استفاده آن در واحد های تصفیه آب اخیرا مورد استفاده قرار گرفته است.همانطور که استفاده از غشاهای مصنوعی برای عملیات  فوق فیلتراسیون و جداسازی مواد معدنی محلول به تازگی انجام شده است.پیشرفت های انجام شده در فرآیندهای تصفیه آب در طول قرن حاظر از آن چه که قبلا در طی تمام تاریخ رخ داده بیشتر است. به استثنای چند مورد فرآیندهای تصفیه بدون اتکا به اطلاعات علمی در مورد اصول عملکردشان و تنها با وسایل اندک برای ارزیابی کمی میزان تاثیر آن ها توسعه یافته اند .فهم مبانی علمی سبب بهترشدن فرآیندها و توسعه جامع تر وسایل و افزایش کل راندمان راهبردی تصفیه آب گردیده است.

روش های تصفیه آب

روش های حرارتی ،غشایی و هیبریدی سه روش متداول شیرین سازی آب در دنیا هستند.با توجه به وجود نیروگاه های  متعدد برق و سواحل طولانی در مناطق جنوبی کشور و مزایای روش هیبریدی،بهترین گزینه برای تولید آب شیرین در این مناطق استفاده از روش هیبریدی است . به اختصار درزیر هر یک از سه روش مذکور را  معرفی میکنیم:

1-فرآیندهای حرارتی شیرین سازی آب

در این فرایند با استفاده از انرژی حرارتی آب شور تبخیر و سپس بخار تولید شده را تقطیر و به آب تقریبا خالص  تبدیل می شود.با توجه به این که در این روش آب مقطر تولید می شود در صورت نیاز طی فرآیند تصفیه ی تکمیلی ،به این آب املاحی اضافه می شود تا به آب قابل شرب یا آب قابل مصرف تبدیل شود.فرآیندهای حرارتی نسبت به سایر فرایندها به انرزی حرارتی بیشتر نیاز دارد اما برق کمتری مصرف می کند.منبع این حرارت ،بخار آبی است که میتواند  مستقیما توسط سوزاندن سوخت یا با استفاده از حرارت مازاد نیروگاه های برق تولید شود.

یکی از مزایای آب شیرین کن های حرارتی این است که می توان با تاسیس این  واحدها کنار نیروگاه های برق، از حرارت تلف شده در نیروگاه ها برای تبحیر آب استفاده کرد که به آن واحد تولید هم زمان برق و آب گفته می شود.در این صورت بدون نیاز به انرژی حرارتی جدید ،بازده حرارتی افزایش و هزینه نمک زدایی کاهش می یابد.

2-فرآیند های غشایی

از قرن هجدهم مفهوم غشا شناخته شده است اما تا پایان جنگ جهانی دوم  در بیرون از آزمایشگاه این واژه خیلی کم مورد استفاده قرار گرفت .در زمان جنگ اروپا ذخایر آب آشامیدنی به خطر افتاد به همین دلیل از فیلتر غشا برای تست ایمنی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به  عدم اطمینان  و همچنین هزینه های بالا موجب گشت  که از غشا به طور گسترده ای استفاده نشود .اولین استفاده از غشا در مقیاس وسیع در استفاده از فن آوری میکرو فیلتراسیون  و تصفیه به طور پیشرفته ای بود از سال 1980 این فرایند جداسازی همراه الکترودیالیز در کارخانجات بزرگ  و امروز نیز در شرکت های بزرگ از آن استفاده می کنند .این فرآیند در سال های اخیر پیشرفت وسیعی داشته است.سابقه استفاده از غشا برای صافی کردن به اوایل قرن بیستم باز میگردد. در دهه سوم قرن بیستم غشاها برای جداسازی خالص سازی  ویا غلیظ سازی محلول ها به ویژه سیال های حاوی میکرووار گانیزم مورد استفاده قرار گرفت .سیر تکامل این  پدیده با انجام پژوهش های متعدد بر روی انواع غشاها  و شناخت فرآیند به گونه ای ادامه یافت که اکنون این فرآیند یکی از روش های اصلی شیرین سازی آب محسوب می شود.

فرآیند غشایی به شیوه های فیزیکی برای جداسازی  حلال از نمک های محلول در آن با استفاده از غشاهای نیمه تراوا اطلاق می شود. در این فرآیندها آب شور با اعمال فشار  از غشاهای نانومتری عبور داده می شود .این غشاها مانند یک فیلتر عمل می کنند  وبا جدا کردن ذرات ناخالصی موجود در آب ،آن را شیرین می کند .آب تولیدی در این فرآیند کیفیتی نزدیک به آب شرب دارد .

در یک فرآیند غشایی به طور معمول دوفاز به وسیله فاز سوم که غشا می باشد از یکدیگر جدا می شوند. غشا تعیین کننده پدیده انتقال جرم است. هر کدام از دو فاز به صورت محلولی از جزهای مختلف می باشد که برخی از این جزء های عبوری مخفی و دیگری تهی میگردد.

دو ویژگی اصلی در انتقال که توسط غشا اعمال می شود

1- نفوذپذیری یا تراوایی

2- انتخاب گری یا گزینش پذیری

مزایای فرآیند های غشایی

1-صرفه جویی در مصرف انرژی به دلیل  عدم تغییر فاز

2-کاهش فضای موردنیاز به علت کم حجم بودن مدول های غشایی

3-سریع تر بودن فرایند به دلیل نازک بودن غشا و بالا بودن سرعت انتقال جرم در آن

4-توانایی انجام در دمای پایین که مزیت بالایی برای محلول های حساس به گرما است.

5-پایین بودن هزینه سرمایه گذاری در مقایسه با سایر روش ها در سطح جهانی

6- سهولت در گسترش دادن سیستم

3-روش های هیبریدی

در روش هیبریدی سعی شده است که با ترکیب روش های حرارتی و غشایی،از مزایای هر کدام استفاده شود .از جمله مزایای این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1-اطمینان از تولید آب در مواقعی که به دلیل خارج از مدار بودن بخشی از نیروگاه امکان استفاده از فرآیند حراری نیست،در این مواقع از روش های غشایی برای تولید آب استفاده می شود.

2-کاهش چشم گیر املاح افزودنی در فرایندهای حرارتی به دلیل امکان ترکیب آب تولیدی از فرآیندغشایی با آب تولیدی از فرایند حرارتی.

3-دمای پایین ترآب و پساب تولیدی در روش هیبریدی نسبت به روش حرارتی.

4-بهره گیری از برق مازاد در شبکه برای فرآیند غشایی در مواقعی که نیاز به آب ضروری است.

از این روش در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار استفاده شده است. واحد نمک زدایی جده ،الجبیل و ینبوع در عربستان سعودی و فجیره در امارات متحده عربی از این نوع هستند. در کشور ما نیز مدتی هست که استفاده  از این روش در دستور کار قرار گرفته است.

مراحل  تصفیه آب

1-هوادهی

اجرام آلی موجود در فاضلاب در مخزن هوادهی با باکتری های هوازی که به طور معلق وجود دارند در تماس قرار میگیرند .محیط هوازی مخزن هوادهی با استفاده از هواده های عمقی یا هواده های مکانیکی سطحی ایجاد می شوند که علاوه بر این عملکرد اختلاط فاضلاب را نیز ایجاد می کند.بعد از گذشت زمان مشخصی مخلوط سلول های جدید و قدیمی به داخل تانک ته نشینی جایی که سلول ها از پساب تصفیه شده جدا می گردند هدایت می شود.یک بخش از سلول های ته نشین شده جهت به دست آوردن غلظت مناسب و دلخواه ارگانیزم ها در مخزن هوادهی  به این راکتور بازگردانده می شوند و بخش دیگر آن از سیستم خارج می شود .

2-ته نشینی

ته نشینی عبارت است از جداسازی ذرات معلق از آب سنگین تر می باشد. از این  واحد به طور وسیعی در تصفیه فاضلاب استفاده می شود . از ته نشینی جهت حذف دانه ،حذف اجرام ویژه در مخزن  ته نشینی اولیه ،حذف لخته های بیولوژیکی در مخازن ته نشینی لجن فعال و حذف لخته های شیمیایی زمانی که لخته سازی شیمیایی صورت می گیرد استفاده می شود.

3-ضدعفونی کردن

پس از ته نشین شدن فاضلاب در مخزن ته نشینی ثانویه و پیش از وارد نمودن آن به منابع طبیعی آب باید به میکروارگانیزم های بیماری زا از قبیل باکتری ها، ویروس ها،کیسه های آمیبی موجود در آن ازبین رود ضدعفونی فاضلاب با استفاده از مواد شیمیایی ، عوامل فیزیکی،وسایل مکانیکی و تابش اشعه انجام می پذیرد.

4-نگه داری و هضم لجن اضافی

لجن مازاد فرآیند بیولوژیکی لجن فعال توسط واحد پمپاژ لجن برگشتی  به این مخزن  منتقل می گردد تا با یک زمان توقف طولانی لجن  مذکور هجاضم و تغلیظ می گردد این لجن در دوره های هر چند ماه یک بار تخلیه و بیرون شهر منتقل می گردد.

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصصین صنعت ومدیریت-گروه شیمی

مقدمه

در جهان میلیون‌ها مادهٔ شیمیایی وجود دارد. بعضی از آنها دارای خاصیت اسیدی و بعضی دیگر دارای خاصیت بازی هستند.شناخت ترکیبات اسیدی و بازی از یکدیگر اهمیت ویژه ای دارند. مواد اسیدی و بازی هر کدام دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که در ادامه به بیان این ویژگی ها خواهیم پرداخت.

معرفی اسید وباز

برای اسید و باز تعاریف متعددی بیان شده است که به اختصار به بررسی هر کدام میپردازیم:

تعریق اسید وباز از دیدگاه آرنیوس

در دهه 1890 میلادی شیمی دانی به نام آرنیوس طی آزمایشات و مطالعات خود حول رسانایی و برقکافت ترکیبات محلول در آب ، تعریفی از اسید و باز به صورت زیر را ارائه کرد:

• محلول های آبی  اسید و باز هر دو رسانای جریان الکتریکی  هستند .
• از دیدگاه آرنیوس اسید ماده ای است که هنگام حل شدن در آب یون هیدروژن _( ⁺(H(aq) تولید یا آزاد می کند.

^–HCL(g) → H(aq)⁺+CL

• از این دیدگاه باز (قلیا) ماده ای است که هنگام حل شدن در آب یون ( ^–(OH(aq)  تولید یا آزاد می کند.

  ⁺KCL(s) → OH(aq)^–+K

ایرادات دیدگاه آرنیوس درباره اسید و باز

ایراد مدل آرنیوس این بود که اسید وباز را به محیط آبی محدود کرده بود در حالی که یک اسید و یک باز در میحیط غیر آبی و در فاز غیر محلول میتواند اثر یکدیگر را خنثی کند.

تعریق اسید وباز از دیدگاه لوری-برونستد

در دهه 1920 یوهان برونستد و توماس لوری تعریفی نوین از اسید و باز را به صورت زیر ارائه کردند :

• اساس این نظریه بر انتقال پروتون در واکنش ها می باشد.
• بر طبق این نگرش اسید ماده ای است که طی واکنش ،پروتون (⁺H) از دست می دهد  .
• بر طبق این نگرش باز ماده ای است که طی واکنش ، پروتون (⁺H) بگیرد.
•  به اسیدی که نسبت به باز لوری – برونستد مربوط به خود، یک پروتون (H⁺)  بیش تر دارد،اسید مزدوج گویند.
•  به بازی  که نسبت به اسید لوری – برونستد مربوط به خود، یک پروتون (H⁺)  کمتر دارد،باز مزدوج گویند.

            ₄^-2 GHSO₄ (aq)+HPO₃  (aq)_→ H₂PO₃^–  (aq)+SO

تعریق اسید وباز از دیدگاه لوییس 

در سال 1923 شیمیدان مشهور آمریکایی ،گیلبرت لوویس نظریه ای نوین در مورد اسید و باز ارائه کرد؛ این دیدگاه نسبت به دو دیدگاه دیگر جامع تر و کامل تر می باشد و به صورت زیر تعریف می شود.

• مولکولی که بتواند جفت الکترون غیر پیوندی ازمولکول دیگری دریافت کند اسید محسوب می شود.
• مولکولی که طی فرآیند ،جفت الکترون غیر پیوندی آزاد میکند باز محسوب می شود.

(پیوند کوئوردینانس کوالانسی) A—B   →(باز لویس دهنده الکترون)^–B+(اسیدلویس پذیرنده الکترون)⁺A

خواص اسیدی

• ترش مزه
• بازها را خنثی می‌کنند.
• شامل هیدروژن (H) هستند که می‌تواند با یک فلز جایگزین شود.
• رنگ شناساگرها را تغییر می دهند.

خواص بازی

• بازها مزه تند و تیز و تلخ می دهند.
• اسیدها را خنثی می کنند.
• شامل ترکیبی از اتم های اکسیژن و هیدروژن هستند که هیدروکسیل (OH) نامیده می شوند.
• رنگ شناساگرها را تغییر می دهند.

عامل PH

PH یک کمیت لگاریتمی است که میزان اسیدی یا بازی بودن مواد شیمیایی مختلف را مشخص میکند . شاخص مورد استفاده محدوده‌ای بین ۰ تا ۱۴ دارد. موادی که PH پائین‌تر از ۷ دارند اسید‌، آنهایی که PH مساوی ۷ دارند خنثی و آنهایی که PH بالاتر از ۷ دارند را باز می‌نامند.موادی که PHنزدیک به صفر دارند اسید قوی و موادی که PHنزدیک به 14 دارند باز قوی محسوب می شوند.در زیر PHبرخی ترکیبات مهم ذکر شده است:

شناساگر های اسد و باز

اغلب شناسایی اسید وباز با تست کردن مزه آن میتواند برای سلامتی انسان خطراتی داشته باشد. یکی از راه حل هایی که به واسطه آن میتوان اسیدی یا بازی بودن یک ماده را شناسایی کرد شناساگرها هستند .شناساگرها در محیط‌های اسیدی یا بازی به رنگ‌های متفاوتی درمی آیند. از جمله شناساگرهای معروف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• گلبرگ گل سرخ
• کاغذ تورنسل (لیتموس) که از درخت لیتموس به دست می‌آید.
• محلول فنول فتالئین (که اگر در یک محلول بازی ریخته شود به سرعت رنگ محلول را ارغوانی می‌کند)
• محلول متیل اورانژ (متیل نارنجی)
• محلول متیلن بلو

در جدول زیر نحوه تغییرات رنگ چند شناساگر در محیط های مختلف ذکر شده است :

پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریتگروه مهندسی شیمی

مقدمه

گازهای طبیعی که از جمله سوخت های فسیلی با آلایندگی زیست محیطی بسیار اندک (در مقایسه با سایر سوخت های فسیلی )هستند،از اهمیت ویژه ای در کشورهای نیازمند به انرژی برخوردار هستند؛در جهان امروز تولید و توزیع گازهای طبیعی نقش بسزایی در  اقتصاد جهانی ایفا می کنند.

گازهای طبیعی به دو صورت تولید می شوند:

1)به صورت مستقیم از ذخایر زیر زمینی گازی

2)به صورت گاز همراه بانفت از مخازن نفتی

این گازها معمولا حاوی ترکیبات اسیدی نظیر دی اکسید کربن (CO₂)، سولفید هیدروژن(H₂S)و مقادیر اندکی از سولفید کربونیل(COS)،دی سولفنید کربن(CS₂) و مرکلاپتانها(RSH) می باشند.

گاز یا نفت تولیدی بسیاری از چاه ها که شامل ترکیبات اسیدی می باشد را گاز ترش(Sour Gas) و یا نفت ترش (Sour Oil) می نامند.عملیاتی که درطی آن گازهای ترش از نفت یا گاز جدا می شود عملیات شیرین سازی نامیده می شود.این فرآیند در پالایش گازها در پتروشیمی کاربرد فراوان دارد.

ضرورت جداسازی ناخالصی ها از گاز

جداسازی ناخالصی های درون گازها و مايعات از نقطه نظر ايمني، كنترل خوردگی، تنظيم تركيب استاندارد محصولات گاز و مايع، پرهيز از تشكيل هيدرات در دماه اي پايين، كاهش هزينه هاي تقويت فشار گاز، جلوگيری از مسموميت كاتاليزورهای كارخانجات دريافت كننده محصولات گاز يا مايع و بالاخره رعايت حد مجاز انتشار مواد آلاينده محيط زيست، الزامی مي باشد. علاوه بر تركيبات هيدروكربونی سنگين و بخار آب، گاز طبيعی در اغلب موارد حاوی تركيبات مضری و تركيبات گوگردی  بوده و جداسازی آنها تا حد مطلوب ضروری می باشد . گازهای CO2 ،H2S نظير اسيدی تركيبات بسيار خورنده و سمی بوده و به تجهيزات و محيط زيست صدمات جدی وارد می سازند . با آب تركيباتی نظير اسيد سولفوريک و اسيدكربونيک توليد می گردد . از اين CO₂ و  H₂S از تركيبات رو، به آنها گازهاي اسيدی  اطلاق می شود.

روش های شیرین سازی

1)جذب شیمیایی(Chemical Absorption)

در این فرآیند حلال شیمیایی ترکیبات اسیدی را طی یک عملیات جذب در فشار کم و دمای بالا از گاز خوراک جدا کرده و سپس حلال غنی شده از گازهای اسیدی در یک فرآینددفع در دمای بالا و فشار کم احیا می گردد.رایج ترین فرآیند جذب شیمیایی «شیرین سازی آمین» می باشد.

آلکلانو آمین ها (یا به عبارت ساده تر آمین ها) ترکیباتی با پایه های ضعیفی می باشند که باز گاز های اسیدی تولید کمپلکسهای نمکی می کنند. این کمپلکس های نمکی در فرآیند دفع در دمای بالا و فشار پایین شکسته می شوند و در نهایت آمین احیا می گردد.

فرآیند شیرین سازی با آمین ها بسیار ساده است؛ گاز ترش در یک برج جذب با محلول آمین تماس داده می شود و در دمای پایین  و فشار بالا گاز های اسیدی با آن واکنش می دهند . محلول آمین حاوی گازهای اسیدی در یک فرآیند تقطیری احیا شده دوباره مورد استفاده قرار می گیرد.گازهای اسیدی  تولید شده از فرآیند احیا یا برای سوزاندن به مشعل هدایت می شود و یا در صورت محدودیت های زیست محیطی به سیستم بازیافت گوگرد هدایت    می شوند.در شکل زیر یک واحد شیرین سازی آمین مشاهده می کنید:

انواع مختلفی از حلال های آمین وجود دارد که به صورت مختصر هر کدام را معرفی  و مزیت و معایب آن را  بیان می کنیم:

• منو اتانول آمین MEA

منو اتانول آمین اولین حلالی است که در فرآیند شیرین سازی گازها مورد استفاده قرار گرفته است و  از آن همچنان استفاده می شود.محلول 15% وزنی آن بسیار رایج می باشد.

       مزایا استفاده از MEA

1. سرعت واکنش بسیار بالا
2. پایداری شیمیایی خوب
3. قیمت مناسب

      معایب استفاده از MEA

1. نیاز به بخار آب وسوخت (Utilities) زیادی دارد
2. قابلیت جداسازی مرکاپتان را ندارد.
3. در جذب H₂S و CO₂ به یک صورت عمل می کند و قابلیت انتخابی ندارد.
4. به علت سبک و فرار بودن مقدار قابل توجهی از آن در اثر تبخیر شدن هدر می رود.
5. در صورت حضور اکسژن به ترکیبات غیر قابل احیا تجزیه می گردد.
6. در صورت وجود ترکیبات گوگردی COS و CS₂ به ترکیبات خورنده ای تبدیل می گردد که غیر قابل احیا می باشد.

•  دی اتانول آمین DEA

استفاده از  محلول DEA  در شیرین سازی گاز متداول است.فرآیند شیرین سازی با DEA مشابه فرآند شیرین سازی با MEA است با این تفاوت که در فرآین شیرین سازی با DEA نیازی به استفاده از  Reclaimer  نمی باشد.

    مزایا استفاده از DEA

1. میزان افت آمین در اثر تبخیر کم است .
2. وجود CSO و CS₂ باعث تجزیه این حلال نمی گردد.
3. به خوبی مرکاپتان را جذب می کند .
4. پایداری شیمیایی بسیار خوبی دارد.
5. هیدروکربن ها را به میزان بسیار کمی جذب می کند.
6. نیاز به استفاده از Reclaimer ندارد.

   معایب استفاده از DEA

1. سرعت واکنش کمتر نسبت به MEA
2. در صورت تماس با اکسیژن به صورت برگشت ناپذیر تجزیه می گردد.
3. نیاز به بخار آب و  سوخت زیادی دارد.
4. قابلیت انتخاب CO₂ و H₂S ندارد.

• متیل دی اتانول آمین MDEA

آمین نوع سوم  MDEA فاقد گروه های فعال هیدروژن- نیتروژن در ساختار مولکولیش می باشد.به همین دلیل دارای یک ساختار شیمیایی پایدار و قابلیت انتخابی برای جذب می باشد. عامل اصلی تجزیه آمین نوع اول و دوم وجود گروه هیدروژن – نیتروژن فعال می باشد.آمین تجزیه شده معمولا بسیار خورنده می باشد.این پایداری آمین نوع سوم این امکان را می دهد که از غلظت های بالای آن (تا 50%) بدون توجه به شکل خوردگی بتوان استفاده کرد .

مزایای استفاده از MDEA

1. صرفه جویی در انرژی
2. افزایش ظرفیت
3. قابلیت انتخابی بالا
4. کم شدن شکل خوردگی

2)جذب فیزیکی ( Physical Absorption)

در این روش از حلال های آلی جهت جذب گازهای اسیدی به طور فیزیکی و بدون انجام واکنش شیمیایی استفاده می گردد .در این روش ،جداسازی گازهای اسیدی مانند H₂S و CO₂ بستگی به میزان حلالیت آن ها در حلال های آلی دارد و هر چه میزان فشار جزئی گازهای اسیدی بالاتر و دمای عملیات کمتر باشد جداسازی بهتر صورت می گیرد.احیا حلال مصرف شده نیز معمولا از طریق کاهش فشار در مخازن فلاش و استفاده از بخار آب یا یک گاز بی اثر در یک ستون دفع (Stripping)  انجام می شود.

فرآیندهای فیزیکی متفاوتی برای جداسازی گازهای اسیدی از گاز طبیعی وجود دارند که از جمله آنها فرآیند سلکسول و فرآیند رکتیسول می باشد که به اختصار هر یک را توضیح می دهیم:

• فرآیند سلکسول( Selexol Process)

در این فرآیند از حلال فیزیکی سلکسول کاربید(Carbide Selexol) که از دی متیل اتر پلی اتیلن گلایکول   {CH₃(CH₂CH₂O)nCH₃} ساخته شده استفاده می گردد.در این فرآیند حلال میتوان هم به صورت انتخابی و هم به طور همزمان ترکیبات گوگردی ،در اکسید کربن ،آب و ترکیبات آروماتیک (BTEX)را جدا کند.گاز خوراک قبل از ورود به واحد سلکسول باید آبزدایی شود.

مزایای فرآیند سلکسول

1. در این روش از آن جایی که واکنش شیمیایی صورت نمی پذیرد،میزان افزایش دمای حلال در اثر جذب نسبت به روش شیمیایی کمتر می باشد.
2. ویژگی آبدوستی زیاد حلال سلکسول باعث می گردد که گاز شیرین شده خروجی از برج جذب بسیار خشک باشد.
3. امکان انجام فعالیت در فشار کم هم ممکن است.
4. امکان استفاده از فولاد کربنی در ساخت تجهیزات به دلیل این که این فرایند به صورت محلول در آب استفاده نمی گردد و از نظر شیمیایی خنثی است .

معایب فرایند سلکسول

1. کاربرد موثرتر این فرآیند در فشارهای بالاتر است.
2. تمایل حلال سلکسول به جذب هیدروکربن ها،باعث هدر رفتن بخشی از هیدروکربن ها موقع دفع گازهای اسیدی می شود.

• فرآیند رکتیسول(Rectisol Process)

در این فرآیند از متانول به عنوان حلال استفاده می گردد.این فرایند زمانی بهینه می شود که در صد اتان و ترکیبات سنگین تر گاز طبیعی حداقل ممکن باشند.رکتیسول بدین گونه است  که متانول پس از تماس با خوراک گاز ترش و جذب گازهای اسیدی در برج جذب ،طی دو مرحله فلاش فشار کاهش میابد .در طی این دو مرحله ترکیبات گوگردی حلال تقریبا به طور کامل جدا می گردد اما مقداری CO₂  در حلال باقی می ماند .باقیمانده  CO₂  سپس در مرحله بعد که شامل یک برج دفع مجهز به ریبویلر است جدا می گردد.

مزیت فرایند رکتیسول

1. پایداری حرارتی و شیمیایی بالا دارد و مشکل تجزیه شدن ندارد.
2. حلال متانول کف نمی کند و به طور کامل در آب محلول می باشد لذا میزان هدر رفت حلال کم می باشد.
3. حلال خورنده نیست لذا می توان از فولاد کربنی برای ساخت تجهیزات به جای فولاد زنگ نزن استاده نمود.
4. در این روش حلال غنی شده از گازهای اسیدی به آسانی با کاهش فشار و بدون نیاز به ستون دفع احیا می گردد.

معایب فرآیند رکتیسول

1. دمای پایین عملیات باعث افزایش هزینه اولیه و عملیاتی واحد می گردد.
2. حلال متانول مورد استفاده قابلیت جذب مقادیر خیلی کم تر ترکیبات فلزی موجود مانند جیوه را داشته که باعث تشکیل آلیاژی از جیوه  و هدر رفتن حلال می شود

3)فرآیند هیبرید ( Hybrid SeparationProcess)

این فرآیند ترکیبی از دو فرایند جذب شیمیایی و جذب فیزیکی است که در آن گازهای اسیدی به صورت موثرتر و به صورت انتخابی ازگاز طبیعی جدا می شوند.یکی از متداول ترین فرآیندهای هیبرید در صنابع نفت و گاز ،فرایند سولفینول(Sulfinol)است که مخلوطی از سولفین ،آب و دی ایزو پروپانول آمین (DIPA)یا متیل دی اتانول آمین (MDEA) می باشد.بخش فیزیکی این حلال به آن این قابلیت را داده که بخش عمده ای از گازهای اسیدی خوراک را درخود حل کند  و بخش شیمیایی نیز باقی مانده آن را به طوری که این حلال مخلوط اثری به مراتب بیشتر از یک حلال شیمیایی تنها یا حلال فیزیکی تنها را دارد.

مزیت های استفاده از فرآیند هیبرید

1. نیاز کم به انرژی
2. حلال،خاصیت کف خورندگی و خورندگی ندارد.
3. برای خوراکی که میزان گاز اسیدی آن زیاد می باشد نیز  کارایی دارد.

معایب استفاده از فرآیند هیبرد

1. حلال خاصیت جذب هیدروکربن های سنگین را دارد.
2. نیاز به یک Reclaimer برای جداسازی اکسازلیدونز (Oxazolidones)که در اثر واکنش CO₂ با DIPA تولید می شود ،دارد.

4)جذب سطحی با استفاده از ستون جامد(Adsorption Process)

در این فرآیند گازهای اسیدی توسط جاذب های جامد جذب می شود.فرآیندهای رایج جذب سطحی شامل استفاده از اکسید آهن،اکسید روی ،آلومنیا فعال شده و غربال مولکولی (زئولیت) به عنوان جاذب های جامد دارای سطوح فعال می باشند.مواد جاذب دارای ساختاری با تخلخل های بسیار ریز بوده (Micro-Porous) که به طور انتخابی تعدادی از اجزای یک ترکیب را که بایستی از آن جدا گردند را در ساختار متخلخل خود نگه می دارد و هنگامی که ستون جاذب از این گازهای اسیدی اشباع شد ،گازهای جذب شده را از طریق عبور جریان داغ گاز شیرین (خلاف جهت فرآیند جداسازی )از آن جدا و ستون جاذب را احیا می کنند؛از آن جایی که غربال های مولکولی قادر به جذب H₂S ، آب و… در دماهای بالا نیستند،قبل از قرار گرفتن بستر در مدار عملیات جذب،دمای آن بایستی کاهش یابد.

مزیت های استفاده از جاذب های سطحی

1. عملیات این فرآیند بسیار ساده استت.
2. عملیات همزمان جداسازی آب و گازهای اسیدی  را فراهم می سازد.

معایب استفاده ازجاذب های سطحی

1. فرآیند محدود به میزان کمی از جریان گاز در فشار متوسط می باشد.
2. طراحی فرآیند بسیار پیچیده می باشد.
3. دمای بالا جهت احیا بستر( 300 الی 400 درجه فارنهایت)
4. غربال های مولکولی مقابل تجزیه شیمیایی و فیزیکی آسیب پذیر می باشند.

5)فر آینده استفاده از غشا(Membrane Process)

سیستم های غشا پلیمری جزو تکنولوژی های بروز و شناخته شده ای است که در فرآورش گاز طبیعی برای جداسازی انتخابی گازهای اسیدی مورد استفاده قرار می گیرد.امروزه از این تکنولوژی در صنعت گاز برای جداسازی CO₂ و بخارات آب تا حد مجاز خطوط انتقال لوله به طور رایج استفاده می گردد. یک گاز برای اینکه بتواند از یک غشا عبور کند ،ابتدا بایستی  در طرف پر فشار غشا روی غشا حل شده و به درون غشا نفوذ کند و در طرف کم فشار غشا دوباره به بخار تبدیل گردد.اساس جداسازی گازها برآن است که بعضی از گازها نسبت به گاز های دیگر بر روی سطح پرفشار غشا محلولیت بیشتری دارند و با سرعت بیشتری از جداره غشا به سمت کم فشار آن نفوذ می کند.

مزیت های استفاده از غشا

1. در آن از حلالی استفاده نمی شود که افت داشته باشد.
2. قابلیت فراورش مقادیر مختلف از غلظت هایCO₂ در خوراک را دارد.
3. وزن وفضای کمی اشغال می کند . انتخاب مناسبی برای سکوهای دریایی می باشد.

معایب استفاده از غشا

1. میزان افت هیدرو کربن بالاست.
2. گاز CO₂  جدا شده دارای فشار کمی بوده و نیاز به تقویت  مجدد دارد.
3. برای تامین نیروی رانش لازم نیاز به فشرده کردن گاز خوراک می باشد که هزینه عملیات فشرده سازی بالا می باشد.