الصين مصنع التعبئة والتغليف حلقة معدنية Pall

التعبئة الدائرية المعدنية: حل قوي للأعمدة المعبأة الحديثة

مقدمة
في تطور معدات النقل الجماعي للمعالجة الكيميائية والتقطير وامتصاص الغاز، لعب تطوير العبوات العشوائية دورًا حاسمًا. ومن بين هذه العناصر، تمثل حلقة Metal Pall Ring تصميمًا مهمًا ودائمًا، ومعروفًا على نطاق واسع بخصائص أدائها المتوازن. تم تقديمه لأول مرة كتحسين على حلقة Raschig السابقة، وتوفر التعديلات الهندسية لـ Pall Ring فوائد قابلة للقياس من حيث السعة والكفاءة وانخفاض الضغط. 

تطور التصميم والخصائص الهندسية
تم تطوير حلقة Pall Ring المعدنية كتحسين مباشر لحلقة Raschig القياسية. في حين أن حلقة Raschig عبارة عن أسطوانة صلبة وبسيطة، فإن حلقة Pall Ring تشتمل على تعديلات هيكلية رئيسية تعمل على تحسين أداء الهيدروديناميكية ونقل الكتلة بشكل كبير.

إن حلقة Pall Ring المعدنية القياسية هي عنصر أسطواني له ثلاث سمات مميزة:

1. الدعم الهيكلي الداخلي: يوفر الجدار الداخلي العمودي المستمر أو 'الويب' السلامة الهيكلية.

2. فتحات النوافذ: فتحات مستطيلة أو تشبه الإصبع يتم ثقبها في الجدار الأسطواني وثنيها إلى الداخل. عادة، تحتوي الحلقة الواحدة على 12-18 فتحة من هذا القبيل. هذه هي عناصر التصميم الأكثر أهمية، حيث تخدم وظيفتين أساسيتين: زيادة المساحة السطحية المتاحة للنقل الجماعي وتسهيل تفتيت وإعادة توزيع الأفلام السائلة.

3. الحواف الشفاهية: غالبًا ما تكون الحواف العلوية والسفلية للحلقة متوهجة للخارج، مما يساعد على توجيه السائل نحو مركز عنصر التعبئة ويعزز الاتصال بين الجسيمات.

تعمل هذه الميزات مجتمعة على زيادة جزء الفراغ، وتحسين انتشار السائل، وتقليل ميل السائل والبخار إلى المرور عبر الطبقة المعبأة بطريقة غير منتظمة. يتم تصنيع حلقات Pall من معادن مختلفة، بما في ذلك الفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316، والسبائك المتخصصة مثل Monel أو Inconel للخدمات المسببة للتآكل. تتراوح الأحجام الاسمية القياسية من 15 مم (0.6 بوصة) إلى 75 مم (3.0 بوصة)، وتستخدم الأحجام الأصغر عمومًا لتحقيق كفاءة أعلى في الأعمدة ذات القطر الأصغر والأحجام الأكبر لزيادة السعة أو لتقليل التلوث في الأعمدة الأكبر حجمًا.

خصائص الأداء والبيانات المقارنة
يتم قياس أداء التعبئة المعدنية Pall Ring مقابل العبوات العشوائية والمنظمة الأخرى باستخدام طرق الاختبار الموحدة وبيانات التشغيل الصناعية. سمات الأداء الرئيسية هي:

1. نسبة عالية من الفراغ والسعة: ينتج عن الهيكل المفتوح نسبة عالية من الفراغ، تتراوح عادةً من 93% إلى 96% حسب الحجم. وهذا يترجم مباشرة إلى قدرة عالية (عامل C عند الفيضانات). بالمقارنة مع حلقات Raschig الخزفية ذات الحجم المماثل، يمكن للحلقات المعدنية Pall Rings التعامل مع معدلات تدفق أكبر للبخار والسائل بنسبة 40-50% قبل الوصول إلى نقطة الفيضان.

2. كفاءة مُحسّنة (HETP أقل): يعمل تصميم النوافذ الداخلية والشفة على تعزيز توزيع السائل بشكل أفضل وتجديد واجهة البخار السائل. وينتج عن هذا ارتفاع أقل يعادل اللوحة النظرية (HETP). في ظل ظروف التقطير النموذجية، تتراوح قيم HETP للحلقات المعدنية من حوالي 400 إلى 800 ملم، اعتمادًا على النظام وضغط التشغيل وحجم التعبئة. بالنسبة لحلقة Pall Ring القياسية مقاس 25 مم (1 بوصة) في خدمة التقطير العضوي النموذجية عند ضغط معتدل، يتم استخدام HETP من 450-500 مم بشكل شائع للتصميم.

3. انخفاض الضغط المنخفض: يؤدي جزء الفراغ العالي وهندسة التدفق المحسنة إلى انخفاض الضغط لكل وحدة ارتفاع مقارنة بالعبوات العشوائية من الجيل السابق. تُظهر ارتباطات انخفاض الضغط، مثل ارتباط انخفاض الضغط المعمم المستخدم على نطاق واسع (GPDC)، أن حلقات Pall Rings تعمل عند منحنى أقل من حلقات Raschig لنفس معلمة التدفق. يتراوح انخفاض الضغط النموذجي للسرير المحمل في ظل معدلات التشغيل العادية من 0.2 إلى 0.6 ملي بار لكل قدم من الارتفاع المعبأ.

4. مقاومة جيدة للانهيار وسوء التوزيع: على الرغم من أنها ليست حساسة لسوء التوزيع مثل العبوات المنظمة عالية الكفاءة، إلا أن حلقات Pall Rings لا تزال تتطلب توزيعًا أوليًا مناسبًا للسائل. ومع ذلك، فإن توجهها العشوائي وخصائص إعادة التوزيع الذاتي توفر نسبة تراجع معقولة (عادةً 2:1 إلى 3:1) وبعض القدرة الكامنة على تصحيح عيوب التوزيع الثانوية البسيطة.

التطبيقات الصناعية وإرشادات الاختيار
تعتبر التعبئة المعدنية Pall Ring خيارًا متعدد الاستخدامات مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. غالبًا ما يكون اختيارها مدفوعًا بالتوازن بين التكلفة والأداء والمتانة.

• التقطير والامتصاص العام: يستخدم على نطاق واسع في أعمدة التقطير القياسية لفصل الهيدروكربونات، واستخلاص المذيبات، وأبراج امتصاص الغاز (على سبيل المثال، إزالة ثاني أكسيد الكربون مع الأمينات، وتجفيف الجليكول).

• تجديدات الأعمدة: يعد استبدال العبوات القديمة والأقل كفاءة (مثل حلقات Raschig) أو الصواني بحلقات معدنية Pall Rings بمثابة إستراتيجية تجديد شائعة وفعالة من حيث التكلفة. يمكنها زيادة سعة العمود بنسبة 20-30% وتحسين الكفاءة، غالبًا دون الحاجة إلى إجراء تعديلات على غلاف العمود أو الأجزاء الداخلية الرئيسية.

• الخدمات ذات التلوث المتوسط: هيكلها المفتوح يجعلها أكثر مقاومة للقاذورات من العبوات الأصغر أو الأكثر تعقيدًا. غالبًا ما يتم تحديد الأحجام الأكبر (على سبيل المثال، 50 مم أو 75 مم) في الخدمات التي قد تحدث فيها جسيمات أو بلمرة.

• خدمات الضغط العالي والتآكل: القوة الميكانيكية للإنشاءات المعدنية تجعلها مناسبة لعمليات الضغط العالي. يسمح اختيار المواد (على سبيل المثال، 316L SS، Alloy 20) بالاستخدام في نطاق واسع من البيئات الكيميائية المسببة للتآكل.

يتبع اختيار حجم التعبئة إرشادات عامة: أقطار أصغر (<25 مم) لتحقيق كفاءة أعلى في الأعمدة ذات أقطار أكبر من 8-10 أضعاف حجم التعبئة لتجنب تأثيرات الجدار، وأقطار أكبر لزيادة السعة أو خدمات القاذورات.

اعتبارات الأداء الأمثل
لتحقيق أداء تصميم التعبئة المعدنية Pall Ring، يجب إيلاء اهتمام دقيق لدعم الأجزاء الداخلية للعمود.

• توزيع السائل: على الرغم من أنه متسامح، إلا أن التوزيع الأولي المناسب للسائل يظل ضروريًا. مطلوب موزع ذو كثافة نقطة تنقيط مناسبة (على سبيل المثال، 40-100 نقطة لكل متر مربع للحلقات الأكبر).

• حدود السرير والدعم: عادةً ما تقتصر الأسرّة المعبأة عشوائيًا على ارتفاعات تتراوح من 5 إلى 8 أمتار قبل أن يكون من الضروري وجود موزع سائل وسيط لتصحيح سوء توزيع السائل الذي يتطور بشكل طبيعي أسفل السرير. يجب أن تحتوي لوحة الدعم المصممة بشكل صحيح على نسبة عالية من المساحة الحرة (> 70%) لمنع بدء الفيضان عند قاعدة السرير.

• التثبيت: تعد تقنيات الصب الجاف المناسبة ضرورية لتحقيق سرير موحد وغير منفصل مع الحد الأدنى من كسر التغليف.

الاستنتاج
تمثل حلقة الشحوب المعدنية تقنية ناضجة وموثوقة ومفهومة جيدًا في مجال تعبئة الأعمدة العشوائية. ويقدم تصميمه تحسنًا واضحًا في السعة والكفاءة وانخفاض الضغط مقارنة بأسلافه، مدعومًا بعقود من بيانات التشغيل الصناعية. بالنسبة للعديد من مهام الفصل القياسية ومتوسطة الطلب، فإنه يوفر التوازن الأمثل بين الأداء والتكلفة. بالنسبة لشركات الهندسة والتوريد مثل Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., LTD، فإن الفهم الشامل لخصائص Metal Pall Ring يتيح تقديم توصيات فنية سليمة، سواء لتصميمات الأعمدة الجديدة أو مشاريع ترقية الأداء، مما يضمن عمليات معالجة فعالة واقتصادية للعملاء.

مراجع

1. ستيتشلماير، جيه، وفير، جيه آر (1998). التقطير: المبادئ والممارسات . وايلي-VCH. (يوفر النظرية التأسيسية وبيانات الأداء للعبوات العشوائية بما في ذلك حلقات Pall Rings).

2. كيستر، هرتز (1992). تصميم التقطير . ماكجرو هيل. (يحتوي على فصول مفصلة عن خصائص التعبئة، ومقارنات الأداء، وإرشادات الاختيار).

3. بيليت، ر. (1995). أبراج معبأة في المعالجة والتكنولوجيا البيئية . ناشرو VCH. (يوفر بيانات شاملة عن النقل الجماعي والأداء الهيدروليكي لمختلف العبوات، بما في ذلك حلقات Pall Rings).

4. منتجات نورتون للعمليات الكيميائية. (2022). معلومات المنتج عن عبوات Intalox® Metal Tower . (ورقة البيانات الفنية للمورد توفر الأبعاد القياسية، والكسور الفارغة، والمساحات السطحية للعبوات المعدنية من النوع Pall Ring؛ ممثل لمواصفات الصناعة).

5. إيكيرت، شبيبة (1970). 'اختيار التعبئة المناسبة لعمود التقطير' تقدم الهندسة الكيميائية , 66(3), 39-44. (ورقة بحثية كلاسيكية أسست منهجيات الاختيار وسلطت الضوء على مزايا أداء Pall Rings مقارنة بحلقات Raschig).

6. بيري، RH، & Green، DW (محرران). (2008). دليل بيري للمهندسين الكيميائيين (الطبعة الثامنة). ماكجرو هيل. (القسم 14 المتعلق بامتصاص الغاز والتقطير يتضمن انخفاض الضغط وارتباطات السعة المطبقة على العبوات العشوائية).