برج های سینی دار و اشکالات آنها

برج های سینی دار استوانه های عمودی هستند که در داخل آنها صفحاتی بنام سینی با فواصل معین قرار گرفته اند وجریان های مایع و گاز بصورت غیر همسو(متقاطع) روی این سینی ها با یکدیگر در تماس قرار می گیرند. جریان کلی در برج یک تماس چند مرحله ای متقابل است. جریان مایع به شکل افقی روی سینی حرکت کرده و توسط ناودانی هایی به سمت پایین (سینی بعد) می ریزد. جریان گاز نیز از پایین و توسط منافذ روی سینی، به سمت بالا حرکت می کند و به شکل حباب در مایع پخش می شود. پس از تماس گاز و مایع روی سینی، گاز جدا شده و به سمت بالا حرکت می کند. تعداد مراحل  سینی های تئوری یک برج بستگی به سختی جدا سازی، مورد نظر دارد. قطر برج بستگی به مقدار گاز و مایعی که درون برج در واحد زمان جاری هستند، دارد. بعد از مشخص کردن تعداد سینی های ایده ال مورد نیاز، مهمترین مساله در طراحی برج انتخاب ابعاد و مشخصات قسمت های مختلف آن به ترتیبی است که با توجه به عوامل مختلف با اثرات گوناگون بهترین نتیجه کلی را بدهد. برای آنکه بازده سینی افزایش یابد، زمان تماس فازها و نیز سطح تماس بین آنها با سینی باید زیاد باشد، تا عمل نفوذ بین دو فاز به خوبی انجام گیرد. اگر بخواهیم زمان تماس طولانی داشته باشیم، عمق مایع روی هر سینی باید زیاد باشد، تا حباب های گاز برای خروج از درون مایع مدت زمان بیشتری را صرف کنند.اگر حباب های گاز از درون منافذ سینی به آهستگی بگذرند، حباب ها درشت تر شده و سطح تماس به ازاء واحد حجم گاز کوچک خواهد گردید. در این حالت مایع تقریباً ساکن بوده و قسمت اعظم آن ممکن است بدون تماس با گاز سینی را ترک کند. از طرف دیگر، اگر سرعت گاز نسبتاً زیاد باشد گاز بخوبی خواهد توانست در مایع پخش شده و لایه کف را روی صفحه تولید نماید. در این حالت سطح تماس زیاد خواهد بود و انتقال جرم بهتری انجام می گیرد. بنابراین برای بدست آوردن بازده بالا باید عمق مایع روی سینی زیاد باشد و سرعت گاز نیز نسبتاً زیاد باشد.در عمل شرایط ذکر شده منجر به بروز اشکالاتی در برج می گردد که به تفکیک توضیح داده می شوند:

۱- پدیده ماندگی (Entrainment)  

هرگاه سرعت گاز زیاد باشد مقداری از قطرات مایع روی سینی ها را، با خود حمل می کندو به سمت سینی بالایی حرکت می کند. با این کار مایع سینی زیرین با مایع سینی بالامخلوط شده و نیروی محرکه انتقال جرم در سینی بالایی کاهش می یابد. در نتیجه راندمان کم می شود.بنابراین افزایش سرعت گاز تا حدی که سبب افت بازده در اثر پدیده ماندگی نگردد، قابل قبول خواهد بود.

۲-طغیان(Flooding) :

 عامل این پدیده افت فشار زیاد برج است. با زیاد شدن اختلاف فشار بین دو سینی، گاز از ورود مایع سینی بالاتر به سینی پایین تر ممانعت کرده و با گذشت زمان فضای بین سینی های بالای برج پر از مایع می شود. افزایش بیشتر در شدت جریان های گاز یا مایع وضعیت سیستم را به سرعت عوض کرده و مایع تمام فاصله بین صفحات را پر خواهد کرد. در این صورت پدیده طغیان بوجود می آید. جریان گاز از حالت عادی خارج شده و مایع نیز ممکن است از لوله خروجی بالای برج خارج گردد.

۳-انسداد(Priming) :

در مواردی که اختلاط گاز و مایع کف فراوان تولید می کند، سرعت زیاد گاز سبب ایجاد کف پایدار در فضای بین سینی ها شده و مقدار زیادی از مایع توسط گاز از یک سینی به سینی دیگر حمل می شود. این حالت یک نمونه بسیار حاد از پدیده ماندگی است. مایعی که بدین ترتیب حمل می شود بین سینی ها گردش کرده و موجب افزایش شدت جریان بین سینی ها می شود، لذا افت فشار گاز افزایش یافته و سرانجام منجر به وضعیت طغیان خواهد گردید.

۴-پدیده مخروطی شدن(Coning) :   

هرگاه شدت مایع بسیار کم باشد، گاز بالارونده از درون منافذ سینی ها، مایع را با خود به سمت بالا می برد. این پدیده را Coning گویند که در این حالت تماس گاز و مایع بسیار ضعیف خواهد گردید.

۵-پدیده چکه کردن(Weeping):

در صورتی که شدت گاز خیلی کم باشد، قسمت اعظم مایع ممکن است از منافذ سینی به پایین چکه کند و لذا جریان کاملی از مایع در سراسر سینی وجود نخواهد داشت. پدیده چکه کردن، اصولاً در سینی های دریچه ای بوجود نمی آید، حتی اگر دبی گاز خیلی کم شود، دریچه ها بسته شده و مانع از ریزش مایع به پایین می گردد. ولی در سینی های مشبک اگر قطر سوراخ ها بزرگتر از حد لازم انتخاب گردد پدیده Weeping بیشتر صورت خواهد گرفت.

 ۶-پدیده شر شر کردن(Dumping) :

هرگاه شدت گاز فوق العاده کم باشد، کل مایع روی سینی از منافذ به پایین می ریزد و مایعی به محل ریزش نمی رسد(ناودان ها) ،که به این پدیده Dumping گفته می شود.