التعبئة المنظمة

الحشوات المنظمة عبارة عن مجموعة من المواد المصممة خصيصًا للاستخدام في أعمدة الامتصاص والتقطير . ^{[ 1 ]} تتكون الحشوات المنظمة عادةً من صفائح معدنية رقيقة مموجة أو شاش مرتبة بطريقة تجبر السوائل على اتخاذ مسارات معقدة عبر العمود، مما يخلق مساحة سطح كبيرة للتلامس بين الأطوار المختلفة .

تُصنع الحشوات المنظمة من صفائح مموجة من المعدن أو البلاستيك أو الشاش السلكي المثقب والمُنقوش. والنتيجة هي بنية قرص العسل مفتوحة للغاية ذات تموجات مائلة أو قنوات تدفق، مما يوفر مساحة سطحية كبيرة نسبيًا مع مقاومة منخفضة جدًا لتدفق الغاز. تُختار التحسينات السطحية لزيادة انتشار السائل إلى أقصى حد. تُظهر هذه الخصائص عادةً فوائد أداء كبيرة في التطبيقات ذات الضغط المنخفض ومعدل الري المنخفض. تعمل زوايا التموج الأكثر حدة أو الأكبر على تقليل انخفاض الضغط على حساب انخفاض كفاءة الفصل. تُعبأ الصفائح في عناصر تُكدس في طبقات متناوبة، لتشكل طبقة معبأة تملأ كامل مساحة المقطع العرضي لبرج التجزئة. وللاستفادة الكاملة من كفاءة الفصل، تتطلب الحشوات المنظمة توزيعًا دقيقًا للسائل على سطح الطبقة. ولتحقيق أعلى كفاءة للحشوات، يجب ألا يتجاوز التباين في توزيع السائل 1-2%. في التطبيقات عالية النقاء ذات مراحل التوازن العديدة، يجب تركيب الحشوة في طبقات حشو متعددة، يتم جمع السائل بينها وإعادة توزيعه من جديد.

استُخدمت الحشوات المنظمة لعقود طويلة، وهي تطورت من حشوات الأعمدة العشوائية . ظهر الجيل الأول من الحشوات المنظمة في أوائل أربعينيات القرن العشرين. وفي عام ١٩٥٣، ظهرت حشوة حاصلة على براءة اختراع تُدعى "باناباك"، مصنوعة من صفيحة معدنية ممددة ذات شكل متموج. لم تُحقق هذه الحشوة نجاحًا يُذكر، نظرًا لسوء التوزيع وضعف التسويق. ظهر الجيل الثاني في أواخر خمسينيات القرن العشرين، مع حشوات شبكية سلكية عالية الكفاءة، مثل "جودلو" و"هايبرفيل" و"كوش-سولزر". وحتى سبعينيات القرن العشرين، كانت هذه الحشوات الأكثر استخدامًا في التقطير الفراغي، نظرًا لانخفاض انخفاض الضغط فيها لكل مرحلة نظرية . إلا أن ارتفاع تكلفتها، وانخفاض سعتها، وحساسيتها العالية للمواد الصلبة، حالت دون انتشار استخدامها على نطاق أوسع.

مثّلت الحشوات الهيكلية المموجة، التي طرحتها شركة سولزر في أواخر سبعينيات القرن الماضي، الجيل الثالث من أعمدة الحشوات الهيكلية. تتميز هذه الحشوات بسعة عالية، وتكلفة أقل، وحساسية أقل للمواد الصلبة، مع الحفاظ على أداء عالٍ. ازداد الإقبال على هذه الحشوات في ثمانينيات القرن الماضي، لا سيما في فصل الهواء ولتحديث مصانع النفط والبتروكيماويات . خضعت أسطح هذه الحشوات الهيكلية، المصنوعة من صفائح معدنية مموجة، لمعالجة كيميائية أو ميكانيكية لتحسين قابليتها للترطيب. ونتيجة لذلك، زادت مساحة التبلل للحشوات، حتى بالنسبة للسوائل التي لا تميل إلى ترطيب الأسطح جيدًا، مما حسّن الأداء. في عام 1999، طُوّرت بنية محسّنة من حشوات الصفائح المموجة، وهي ميلاباك بلس، استنادًا إلى محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية والتجارب. تميزت هذه الحشوة ببنية جديدة ذات زاوية تموج متغيرة مقارنةً بحشوة ميلاباك التقليدية ذات الزاوية الثابتة. وقد أدى ذلك إلى خفض كبير في انخفاض الضغط وزيادة في السعة المفيدة. ^{[ 2 ]}

تُصنّع العبوات الهيكلية بأحجام متنوعة عن طريق تغيير ارتفاع التجعيد وزاوية التموج (بالنسبة للمستوى الأفقي). هناك زاويتان شائعتان للتموج: 45 درجة للعبوات على شكل حرف "Y" و60 درجة للعبوات على شكل حرف "X". تتراوح مساحة سطح التعبئة التجارية من 50 م²/م³ (أقل كفاءة، أعلى سعة) إلى 750 م²/م³ (أعلى كفاءة، أقل سعة). يختلف سُمك المادة، فبالنسبة للصفائح المعدنية يتراوح السُمك النموذجي بين 0.1 و0.2  مم، بينما يتراوح سُمك البلاستيك بين 0.5 و1  مم.

تشمل التطبيقات النموذجية وحدات التقطير في مصافي النفط ومصانع المعالجة الكيميائية، بالإضافة إلى معالجة الغاز الطبيعي ^{[ 3 ]} لإزالة الغازات الحامضية وخفض محتوى الماء لمنع التكثيف في خطوط الأنابيب. ورغم استخدام الحشوات المنظمة في التطبيقات الجوية وتحت الضغط، إلا أن عمليات الفصل التي تُجرى تحت الفراغ هي التي تستفيد بشكل خاص من انخفاض الضغط الذي توفره هذه الحشوات. ولذلك، حلت الحشوات المنظمة محل جميع الصواني تقريبًا في تطبيقات الفراغ. وقد وجدت استخداماتها في العديد من أنواع المعدات والعمليات الصناعية.

• فصل الهواء ^{[ 4 ] [ 5 ]}
• الجليكولات
• الإيثانولامينات
• مونومر الستايرين
• تجزئة زيت الصنوبر (فصل الأحماض الدهنية عن أحماض الراتنج والقطران من عملية كرافت لتصنيع لب الخشب)
• فصل السيكلوهكسانون / السيكلوهكسانول ^{[ 4 ]}
• مقسمات الزيلين ^{[ 4 ]}
• ماصات _ثاني أكسيد الكربون ^{[ 4 ]}
• مواد امتصاص _{كبريتيد} الهيدروجين ^{[ 4 ]}
• مواد امتصاص أكسيد الإيثيلين ^{[ 4 ]}
• مواد امتصاص الأكريلونيتريل ^{[ 4 ]}
• المواد الكيميائية الزيتية (انظر الكيمياء الزيتية )
• المواد الكيميائية الدقيقة (التي تتطلب التقطير بالتفريغ لمنع التحلل الحراري)

توفر التعبئة المنظمة المزايا التالية مقارنة باستخدام التعبئة العشوائية والصواني :

• انخفاض الضغط ^{[ 3 ] [ 6 ]}
• كفاءة أعلى (مع الأخذ في الاعتبار نفس ارتفاع البرج) ^{[ 3 ] [ 6 ]}
• سعة أعلى ^{[ 3 ] [ 6 ]}
• انخفاض احتباس السوائل ^{[ 3 ]}

يُقدم التعبئة المنظمة العيوب التالية مقارنةً باستخدام التعبئة العشوائية والصواني:

• التكلفة ^{[ 6 ]}
• حساسية أكبر لسوء التوزيع ^{[ 7 ]}

• سرير مُعبأ