روش مککیب–تیل
روش مککیب–تیل
روش مک کیب-تیل (به انگلیسی: McCabe–Thiele method) روشی است در مهندسی شیمی که برای طراحی برجهای تقطیر پالایشگاهی و صنعتی استفاده میشود. در برجهای تقطیر صنعتی، تعدادی صفحهٔ بزرگ در فاصلههای معین قرار دارند که به سینی[واژهنامه ۱] معروف هستند. بر اثر انتقال جرم بین بخار که درریبویلر ایجاد میشود و مایعی که از کندانسور ریزش میکند، جداسازی در طی طول برج و بر روی سینیها انجام میشود.[۱]. در این روش، محاسبهٔ تعداد سینیهای مورد نیاز در طراحی برجهای تقطیر صنعتی وپالایشگاهی با روش ترسیمی بیان میشود. برای این منظور نیاز به داشتن نموداری است که غلظت بخار ومایع در دماها و فشارهای مختلف در طی فرآیند تقطیر را نشان داده باشد. این نمودار به «نمودار تعادلی» معروف است. در فرآیند 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 روش مک کیب-تیل سادگی آن برای بیان یک فرآیند پیچیده صنعتی و فیزیکی است، به طوری که 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، طوری که تقریبا در تمام دانشگاههای جهان در رشته مهندسی شیمی تدریس میشود.[۲] 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.
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.[۳] 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 نمی شود.
- اختلاف دما بین سینیهای متوالی برج ناچیز است زیرا از اتلاف گرما صرف نظر میشود.[۴]
محتویات |
برج تقطیر و عملکرد آن
در روش مک کیب-تیل منظور از برجهای تقطیر، برجهایی است که در ابعاد بزرگ و در مصارف صنعتی تولید میشود. این برجها عمدتا در پالایشگاهها و برای جداسازی هیدروکربنهای نفتی استفاده میشود. برجهای تقطیر استوانههایی فلزی و بلند هستند که در درون آن صفحههایی به نام سینی قرار دارد. ورودی واحدهای تقطیر که به خوراک[واژهنامه ۲] معروف است، مواد ناخالصی هستند که از دو یا چند جز 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 میگیرد.
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 مایهای 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. 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 جوششان از هم جدا سازی میشوند. اصولا زمانی از تفاوت در فراریت صحبت می شود 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.[۵]
مفاهیم بنیادی
استفاده از روش مک کیب-تیل برای جداسازی خوراک دو جزئی امکان پذیر 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 (
) میباشد.[۶]
- توضیح نمادها
در رابطههای زیر نمادها به شرح زیر هستند[۷][۸][۹]: به قسمتی از ستون تقطیر که بالای سینی خوراک است را بخش غنی سازی[واژهنامه ۳] و پایین سینی خوراک را بخش عاری سازی[واژهنامه ۴] می گویند.
=جرم مایع در حال ریزش از سینیها که برای تمام سینیهای بخش غنی سازی با یکدیگر برابر است.
=جرم مایع در حال ریزش از سینیها که برای تمام سینیهای بخش عاری سازی با یکدیگر برابر است.
=جرم بخار در حال صعود از سینیها که برای تمام سینیهای بخش غنی سازی با یکدیگر برابر است.
=جرم بخار در حال صعود از سینیها که برای تمام سینیهای بخش عاری سازی با یکدیگر برابر است.- از آنجایی که به طور 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.[۱۰]
=جرم محصول مقطر یا محصول بالایی برج
=جرم محصول پایین برج
=نسبت برگشت در قسمت غنی سازی برج
=کسر مولی جز فرار در مایع
=کسر مولی جز فرار در بخار
=شماره سینیهادر بخش غنی سازی.
=شماره سینیهادر بخش عاری سازی.
بخش غنی سازی برج
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.[۱۱]
ابتدا رابطهٔ موازنه کلی را اطراف کندانسور مینویسیم:
در رابطهٔ بالا چون مایع برگشتی از کندانسور (
) به سینی اول ریخته میشود و پیش از آن نیز سینی وجود ندارد از اندیس 
استفاده شدهاست.
نوشته شده توسط:پرهام ساکی نژاد
سلام این یک وبلاگ جامع ازبچه های علامه حلی اراک هستش.امیدوارم خوشتون بیادونظرهم یادتون نره.ازانتقادات وپیشنهادات شماعزیزان خوشحال میشیم.