دانلود مقاله پالایش نفت

اختصاصی از فی موو دانلود مقاله پالایش نفت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

نفت خام را پس از انکه ازدل خاک بیرون آوردند با لوله یاکشتی و غیره به پالایشگاه حمل میکنند تا درآنجا پالایش و به ترکیبات مفید و قابل استفاده تبدیل شود زیرا نفت خام را به همان صورت اولیه نمی توان استفاده کرد .
همان طوری که بیان شد نفت خام مخلوطی از هیدروکربورهای مختلف بوده که در ان مواد سبک مانند بنزین و مواد سنگین مانند قیر وجود دارد که در هم حل شده اند . برای استفاده باید این مواد از هم تفکیک گردند و به این جهت لازم است که عمل تفکیک پذیری روی نفت خام انجام گیرد .بعد از عمل تفکیک در مورد بعضی از فراورده ها ، جهت قابل استفاده شدن لازم است که عملیات ثانویه روی آنها انجام گیرد .
برای هر یک از مراحل پالایش دستگاههای خاصی لازم است ودرکل عمل پالایش شامل سه مرحله اصلی می باشد که عبارتند از :تفکیک یا عمل جداسازی ،عمل تبدیل و تصفیه .
قبل از پرداختن به هر یک از مراحل لازم است توضیحات مختصری در مورد بعضی تعاریف و قوانین داده شود .
- فاز: محیط یا قسمتی ازماده است که تمام خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن یکسان باشد.
- نقطه جوش : درجه حرارتی است که مایع در ان درجه حرارت به حالت غلیان در می آید و درهمه نقاط مولکولها می خواهندبه فاز گاز وارد شوند .
- حالت تعادل : به حالتی از سیستم گفته می شود که خواص ماکروسکوپی آن مانند :
دما، فشار ، غلظت ، حجم و ...در ان حالت ثابت باشد ، تعادل دینامیکی دارد و در اشل میکروسکوپی تحولات دردو جهت با سرعت مساوی انجام می گیرد.
- فشار بخار : در سیستم بسته روی سطح مایع در هر درجه حرارتی مقداری بخار مایع ایجاد می شود که این بخار تولید فشار می کند . وقتی که بین فاز مایع و فازگازی تعادل برقرار گردد فشار ایجاد شده را فشار بخارمایع گویند که تنها بستگی به دما دارد ودرهردمایی برای هر مایع مقداری ثابت است ودر صورت تغییرد ما مقدار ان نیز تغییر می کند و رابطه آن به صورت زیر می باشد :

در این رابطه P فشار بخار بر حسب اتمسفر t دما بر حسب درجه کلوین و آنتالپی تبخیر مولی بر حسب ژول برمول و R ثابت گازها که برابر 314/8 ژول بر درجه کلوین مول است .
در محدوده دمایی که H 8 ثابت باشد رابطه زیر که به نام ( کلازیوس – کلاپیرون ) معروف است را خواهیم داشت :

فشار جزئی : در مورد مخلوط گازها ، فشاری را که هر گاز وقتی که به تنهایی تمام ظرف را اشغال کند فشار جزیی آن گاز گویند وبا نشان می دهند مجموع فشارهای جزئی گازها مساوی فشار کل سیستم است :
و
دراین روابط فشار کل و کسرمولی سازنده i می باشد .
- محلول : به یک مخلوط یکنواخت و همگن محلول گویند که دارای یک فاز می باشد .
- محلول ایده آل : محلولی را گویند که آنتالپی انحلال آن مساوی صفر باشد :
- تعادل فازها در محلول دوتایی : وقتی که دو ماده را در هم حل می کنیم در حالت کلی دو حالت اتفاق می افتد :
1- دو ماده در هر دو فاز سنگین و سبک ( به عنوان مثال ، حالت مایع و حالت گاز ) درهم حل
می شوند .
2- دو ماده در فاز سنگین نا محلول و در فاز سبک محلول هستند ( صرفا در فاز مایع نامحلول ودر فاز گاز محلول هستند . )
دروهله اول ، ما حالتی را در نظر می گیریم که هم در فاز سبک و هم در فاز سنگین محلول هستند و اشاره ای به روابط و قوانین موجود در این شرایط می کنیم .
وقتی که مخلوط ایده آل ازدو مایع داشته باشیم ،در فاز بخار و بر اساس قانون دالتون خواهیم داشت :
و
و براساس قانون رائولت ، فشار بخار هر سازنده از روی غلظت آن در فاز مایع مساوی است با :

در این رابطه فشار بخار جسم A در فازی گازی ، فشار بخار خالص جسم A و کسر مولی در فاز مایع و کسرمولی در فاز بخار است .
از مجموع این دو رابطه خواهیم داشت :

در مخلوطهای دو تایی ایده آل در حالت تعادل بین مایع و بخار خواهیم داشت :
و
در این رابطه k ضریب تعادل و x1 و x2 جز مولی اجزا 1و2 در فاز مایع و Y1,Y2
جز مولی اجزا 1و2 در فاز بخار می باشد و همیشه در مورد آنها داریم :
و
نسبت فشار خالص دو جسم را ضریب فرایت گویند که معادل است با :

عوامل تغییر کننده در مخلوطهای دو تایی
عوامل تغییر کننده در مخلوطهای دو تایی عبارتند از دما T ، فشار p و ترکیب مخلوط c یا همان x برای نمایش تغییرات پارامترها بر روی صفحه وبررسی اثر آنها در روی فازها معمولا دو پارامتر درنظر گرفته می شود و بقیه پارمترها ثابت می مانند .
در مخلوطهای دو تایی که از قانون رائولت پیروی می کنند ، یعنی اینکه آنتالپی انحلال مساوی صفر است ، محلول ایده ال است و خواهیم داشت :

دراین رابطه فشار بخار جسم A در روی محلول و فشار بخار همان جسم بصورت خالص و کسر مولی ان در فاز مایع است .
تغییرات فشار بخار بر حسب ترکیب ( شکل 1و2 ) و تغییرات درجه حرارت و نقطه جوش بر حسب ترکیب ( شکل 2-2) و منحنی تعادل کسر مولی در فاز X ودر فاز بخار y ( شکل 3-2) و منحنی فشار بر حسب درجه حرارت درترکیب ثابت ( شکل 4-2) به صورت زیر می باشد :

انحراف از محلول ایده آل :
درمواردی که گرمای انحلال مساوی صفر نباشد ، از قانون رائولت پیروی نمی کند و نسبت به آن انحراف نشان میدهد . حال اگر گرمای انحلال منفی باشد ، گویند انحراف منفی است و منحنی ها در زیر منحنی ها در زیر منحنی های رائولت قرار می گیرد و منحنی های مربوط به تغییرات نقاط جوش و حرارت بر حسب ترکیب ( شکل 5-2) و تغییرات فشار بخار بر حسب ترکیب ( شکل 6-2) به قرار زیر باشد :
در حالتی که آنتالپی انحلال مثبت باشد ، گویند که انحراف مثبت استو منحنی های رائولت قرار می گیرد ، تغییرات مربوط به این حالت بصورت منحنی های شکل ( 7-2) و شکل( 8-2) می باشند .
در مواردی که مواد در فاز سنگین تا محلول و در فاز سبک محلول باشند ، دیاگرام حالت تعادل فازها ، متفاوت از قبلی است ولی از انجا که خارج از بحث ما می باشد ، توضیح بیشتر داده نمی شود و تنها به منحنی تعادل آن اشاره می گردد :

9-2 : دیاگرام تعادل ترکیب
درجه حرارت برای دو ماده در فاز
سنگین جامد ( s ) حل نمی شوند ودر فاز
سبک مایع ( L ) محلول هستند .

تعادل یک سیستم چند فازه بوسیله قاعده فازها مورد بررسی قرار می گیرد و این قاعده تغییرات ، یا تعداد فاکتورهای مستقل را که بدون تغییر تعداد فازها ، میتوانند تغییر کنند معلوم می سازد . این قاعده بوسیله رابطه زیر نشان داده می شود :

دراین رابطه C درجه ازادی سیستم k تعداد سازنده سیستم و n تعداد پارامترهای خارجی که در روی تعادل موثر هستند و P تعداد فازها را مشخص می کند . در حالت عمومی تعادل سیستم به سه فاکتور دما ، فشار ، ترکیب بستگی دارد .در بیشترموارد یکی از این فاکتورها ثابت نگه داشته می شود و منحنی براساس دو متغیر رسم می گردد .
جهت بررسی و نحوه استفاده از قانون فوق ، حالت تعادل بین موادی را که هم در فاز سبک و هم در فاز سنگین حل میشوند ، واز قانون رائولت پیروی می کنند در نظر می گیریم . ( شکل 2-2)
درهر نقطه از ناحیه L,G که تنها یک فاز و یک ترکیب معلوم x وجود دارد ،مقدار c بصورت زیر محاسبه می گردد .

بدین معنی که هر کدام از پارامترهای دماوترکیب را می توان مستقلا تغییر داد بدون اینکه تعداد فازها تغییر کند . در روی منحتی قسمت بالا که ترکیب فاز بخار را معلوم می کند ، یا قسمت پایین که ترکیب فاز مایع را مشخص می کند ، و نیز در ناحیه G+L مقدار c بصورت زیر محاسبه می گردد :

یعنی اینکه یک متغیر مستقل وجود دارد و پارامتر دیگر بستگی به اولی دارد و برای اینکه تغییر فاز صورت نگیرد لازم است که با تغییر پارامتر اولی ، دومی نیز تغییر کند .
در نقاط که نقاط جوش مواد خالص A,B هستند ، مقدار c مساوی است با :

یعنی اینکه هیچ یک از پارامترها نمی توانند تغییر کنند و باتغییر هر کدام از انها ، تغییر فاز اتفاق خواهد افتاد
تفکیک SEPARATION
جدا کردن اجزا و سازنده های یک مخلوط را از هم تفکیک گویند که درکل عملی فیزیکی است وبااستفاده از انتقال ماده از یک فاز به فاز دیگر انجام میشود .
با توجه به نوع مخلوط چند روش برای تفکیک وجود دارد :
1- تفکیک حرارتی : در این روش از روی اختلاف در نقطه جوش یا اختلاف در نقطه انجماد می توان با تغییر دادن درجه حرارت ، اجزا وسازنده ها را از هم جدا کرد ،وا ز یک فاز به فاز دیگر انتقال داد .مثل : عمل تقطیر و تبلور .
2- تفکیک به کمک ماده قابت : باافزودن حلال خاص یا ماده جذب کننده به مخلوط میتوان اجزا مورد نظر را از فازی به فاز دیگرانتقال داد مثل : عمل استخراج با حلال ویا جذب سطحی .
3- سایر روشهای جدا سازی : در مورد مخلوطهای ویژه روشهای خاصی را می توان بکار برد مانند جدا کردن مواد جامد معلق توسط صافیها و جدا کردن بعضی از مولکوها با استفاده از غربال مولکولی و غیره .
عمل تقطیر در تمام صنایع شیمی بخصوص در صنعت نفت ، مورد استفاده زیادی دارد و در این میان تقطیر و استخراج بیش از سایر روشها کاربرد دارد .
تقطیر مخلوط
تقطیر روشی است که جهت جدا کردن اجزا یک مخلوط از روی اختلاف نقطه جوش آنها استفاده میشود و در حالت کلی بر چند نوع می باشد :
1- روش تقطیر ساده غیر مداوم
2- روش تقطیر ساده مداوم
3- روش تقطیر جز به جز غیر مداوم
4- روش تقطیر جز به جزمداوم
5- روش تقطیر آبی
6- روش تقطیر در خلا
7- روش تقطیر به کمک بخار آب
تقطیر ساده غیر مداوم
در این روش تقطیر ، مخلوط حرارت داده میشود تا بحال جوش در آید . بخارهایی که تشکیل می شوند و غنی از جز سیک مخلوط می باشد پس از عبور از کندانسورها ( میعان کننده ها ) تبدیل به مایع شده از سیستم تقطیر خارج می گردند . به تدریج که غلظت جز سنگین مخلوط درمایع باقی ماند ، زیاد می شود .نقطه جوش آن به تدریج بالا می رود . به این ترتیب درهر لحظه از عمل تقطیر ترکیب فاز بخار حاصل و مایع باقی مانده تغییر می کند .
بیلان مواد به صورت زیر است :
بیلان کل مواد : F=L+V
وی بیلان جز مواد :
F.X1=L.X1+V.XV
که XV,X1,XF به ترتیب درصد جز سبک مخلوط در فاز ماع اولیه ، باقی مانده و بخار حاصل می باشد .
تقطیرساده مقاوم
در این روش مخلوط اولیه ( خوراک دستگاه ) بطور مداوم با مقدار ثابت در مقدار زمان در گرم کننده گرم میشود تا مقداری از آن به صورت بخار در آید و به محض ورود در ستون تقطیر جز سبک مخلوط به صورت بخار از عبور از کندانسورها به صورت مایع در می آید .
جز سنگین نیز از ته ستون تقطیر خارج می شود قابل ذکراست که همیشه جز سبک دارای مقداری جز سنگین و جز سنگین همیشه دارای مقداری جز سبک است . بیلان مواد بر ای واحدزمان به صورت زیر است ، ( شکل 1و2)

تقطیر جز به جز :
تقطیر جز به جز مطابق شکل ( 12-2) در ستون تقطیر سینی دارو یا پرشده انجام می گیرد . به این ترتیب که بخارات حاصل شده از پایین به طرف بالای ستون حرکت می کند و با فاز مایعی که ازمیعان بخارات قبلی که در طول ستون تولید شده اند وبه طرف پایین جریان دارند ، در تماس می باشد و به این صورت تماس کامل بین فاز گاز و مایع برقرار می شود .
درجه حرارت هر سینی از سینی پایین خود کمتر است و درستون تقطیر دما از پایین به بالا کم می گردد . بخارهایی که نقطه میعان انها مساوی درجه حرارت سینی باشد در روی آن سینی به مایع تبدیل می شود و روی آن جمع می گردد و به روی سینی پایینی می رود . در نتیجه آن عمل فاز بخار ، که غنی از جز سبک است از بالای ستون خارج می شود و فازمایع که غنی از جز سنگین است از پایین جمع آوری می گردد .
بخارهای خارج شده از قسمت بالای ستون در کندانسورها به مایع تبدیل شده به عنوان محصول جمع آوری می گردد معمولا مقداری از این مایع جمع آوری شده جهت کنترل دمای ستون تقطیر به عنوان مایع برگشتی به داخل آن برمی گردد
قسمت بالای ستون تقطیر تا سینی که خوراک روی آن می ریزد به نام منطقه تفکیک ستون می گویند و قسمت پایین ستون مربوط به خوراک را منطقه عریان کننده می نامند .
بیلان کل مواد مساوی F=D+W بیلان جز مواد :
F.X1=D.XD+W.XW

تقطیر آنی
همانطوری که می دانید وقتی نفت خام را حرارت می دهیم اجزای تشکیل دهنده آن به ترتیب که سبکتر هستند زودتر بخار می شوند .بر عکس وقتی بخواهیم این بخارها را سرد و دوباره تبدیل به مایع کنیم ، هر کدام که سبکتر باشند دیرتر مایع می گردد. با توجه به این خاصیت میتوانیم نفت خام را به روش دیگری که به آن تقطیر آنی گویند، تقطیر نماییم . در این روش نفت خام را چنان حرارت میدهیم که آنا همه اجزای آن تبدیل به بخار گردد و سپس آنها را سرد می کنیم تا مایع شود در اینجا بخارها به ترتیب سنگینی مایع می شوند . یعنی هر چه سنگین تر باشند زودتر مایع می گردند .و بدین گونه اجزای نفت خام را با ترتیب مایع شدن از هم جدا می کنیم .
تقطیر در خلا
با توجه به اینکه نقطه جوش مواد سنگین نفتی نسبتا بالا است ونیاز به دما وانرژی بیشتری دارد و ازطرف دیگر مقاومت این مواد در مقابل حرارت بالا کمتر می باشد و زود تجزیه می شود لذا برای جدا کردن آنها از خلا نسبی استفاده میشود در این صورت مواد در دمای پاین تر از نقطه جوش معمولی خود بجوش می آیند . درنتیجه تقطیر در خلا دو فایده دارد : اول این که به انرژی ودمای کمتری نیاز دارد .
دوم اینکه مولکولها تجزیه نمی شوند . امروز در بیشتر موارد در عمل تقطیر از خلا استفاده می شود یعنی اینکه هم تقطیر جز به جز و هم تقطیر آنی را در خلا انجام می دهند .
تقطیر به کمک بخار آب
یکی دیگر از طرق تقطیر آن است که بخار آب را در دستگاه تقطیر وارد می کنند . در این صورت بی آن که خلاء ای ایجاد گردد ، اجزای نفت خام در درجه حرارت کمتری تبخیر می شوند . این مورد معمولا در زمانی انجام می شود که در نقطه جوش آب ، فشار بخار اجرای جدا شونده بالا باشد تا به همراه بخار آب از مخلوط جدا گردند.
نوع دیگری از تقطیر وجود دارد که معمولا در مواردی که نقطه جوش اجزا مخلوط بهم نزدیک باشند از آن استفاده می شود ،تقطیر آزئوتروپی د راین روش از حلال خاصی جهت تشکیل آزئوتروپ با بعضی از اجزا به سیستم وارد می کنند .
برج های مورد استفاده در صنعت نفت
برجها یکی از وسایل اساسی و بسیارمهم در پالایش نفت می باشند که بدون وجود انها نفکیک و جداسازی فرآورده های نفتی غیر ممکن است .
در پالایشگاهها از انواع برجها استفاده میشود که از لحاظ شکل ظاهری به یکی از اشکال زیر ساخته می شوند :

علت تغییر قطر در برجها برای ثابت نگه داشتن سرعت بخار جاری در انها است .
مثال : چون مقدار حجمی جریان در مقاطع برج برابر نمی باشد لذا مقدار حجم گازی که صعود می کند و یا مایعی که که نزول می کند مساوی است با حاصلضرب سرعت در سطح مقطع قسمت مربوطه و فرمول کلی آن چنین است :
Q2=V2.S2 و Q1=V1.S1
چون در اثر اختلاف دما وافت فشار مقداری ازگاز به مایع تبدیل می شود ،لذا مقدار حجمی Q2 کمتر از Q1 می گردد و چون سرعت باید ثابت بماند بنابراین سطح مقطع تغییر می کند .
برای مثال اگر Q1 برابر 200 فوت مکعب در ثانیه و Q2 برابر 150 فوت مکعب در ثانیه وسرعت برابر 10 فوت در ثانیه باشند ، سطح مقطع قاعده در هر قسمت مساوی است با :

انواع برجها :
برجها به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند :
1- برجهای انباشته شده یا پر شده 2- برجهای سینس دار
برجهای انباشته یا پر شده :
در برجهای انباشته که معمولا به صورت استوانه ساخته میشود برای ایجاد حداکثر سطح تماس بین مایع و بخار و یا مایعات مختلف ، داخل برج را از مواد مختلف انباشته می کنند و با این وسیله باردهی برج را افزایش می دهند .
پر کردن برج بدو طریق صورت می گیرد ؛ الف : طریق منظم و چیده شده ، و ب ‌: طریق نا منظم و ریخته شده . برای پر کردن برج معمولا ازمواد زیر استفاده میشود :
1- استوانه های فلزی ، چینی یا سفالی ( مانند برج کاستیک در واحد گاز مایع که دارای استوانه های سفالی است . )
2- گلوله های سرامیک ، سفالی یا چینی ( مانند رآکتورها ، که در بستر کاتالیست مقداری گلوله هیا سرامیک قرار داده می شود . )
3- زین اسبی سفالی یا پلاستیکی( مانند برج جذب C02 در واحد هیدروژن ، که دارای زین اسبی پلاستیکی می باشد )
برج های سینی دار :
این برجها دارای سینی هستند که به فواصل معین در داخل برج نصب می شوند .سینی های متداول در صنعت نفت عبارتند از سینی های زیر :
1- سینی کلاهک دار
2- سینی غربالی یا سوراخ دار
3- سینی دریچه دار
4- سینی دودکشی

هر سینی دو لبه دارد که یکی بلند تر از دیگری است . لبه بلند در ظرفی واقع شده که مایع از سینی بالایی به آن سرازیر می شود . لبه کوتاه در جهتی است که مایع خود سینی را به سینی پایین تر هدایت می کند .
فشار برج :
فشاردر قسمت بالای برج عبارتست از فشار بخار مایع پس ریز در دمای بالایی برج و در پایین ترین قسمت برج فشار مساوی است با فشار بخار ته مانده برج در دمای پایین برج .
فشار بر روی هر سینی برج برابر است با مجموع فشار بخار مایع خود سینی در دمای آن به اضافه فشاری که ارتفاع مایع روی سینی وارد مینماید .
برج تقطیر اتمسفریک Atmospheric coloumn :
این برج بصورت استوانه است و در مجموع دارای 43 سینی می باشد ، قسمت Flash zone که نفت خام بعد از خروج از کوره در برج می ریزد در بین سینی شماره 5 و 6 قراردارد .
از سینی شماره 1 تا 5 که همان قسمت عریان کننده است از نوع سینی کلاهک دار و بقیه سینی ها از شماره 6 تا 43 که قسمت تفکیک ستون است از نوع غربالی می باشد .
در شکل ( 14-2) شمای ساده برج تقطیر اتمسفریک نشان داده شده است .

برج تقطیر در خلاء Vacuum column :
این برج دارای 32 سینی است که بین سینی 5 و6 قسمت Flash zone قرار دارد و مایع بعد از کوره به آن قسمت می ریزد .سینی شماره 6 از نوع دودکش و بقیه از نوع کلاهک دار هستند . از زیر سینی شماره 1 بخار با فشار بالا وارد برج میشود .
در شکل ( 2-15 ) شمای ساده برج تقطیر در خلا نشان داده شده است .

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله   19 صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید