مايع در آمده، به طرف سيني هاي پايين‌تر جريان مي‌يابند و در اين سيني ها، جريان به همين منوال ادامه مي‌يابد. بدين ترتيب در اثر انتقال جرم و حرارت، فاز مايعي كه به طرف پايين جريان دارد، مرتب از سازنده هاي سنگينتر غني مي‌شود، در حالي كه فاز بخار به تدريج كه به سيني هاي بالاتر مي‌رود، سازندههاي سبكتر را جذب مي‌كند.
اين سيستم جريانها، باعث برقراري يك گراديان دمايي در طول ستون مي‌شود، بطوريكه در ستون تقطیر دما از 708 Ċ در بالای ستون تا 3508 Ċ در پایین ستون تغییر می‌کند. ستون تقطير اتمسفري معمولا داراي 30 تا 50 سيني تفكيك است. در حدود 5 تا 8 سيني براي هر فرآورده جانبي در نظر گرفته مي‌شود، به علاوه همين تعداد سيني در بالا و پايين سيني خوراك.
چون معمولا مقداري از مواد سبكتر همراه فرآورده‌ها كشيده شده و از ستون خارج مي‌شود، نقطه اشتعال فرآورده‌ها كاهش مي‌يابد. به همين دليل اين فرآورده‌ها را به ستونهاي استريپينگ كوچكي مي‌فرستند تا مواد سبكترشان جدا شود. عملي كه در اين ستونهاي جانبي انجام مي‌شود استريپينگ با بخار است، يعني در اثر تماس بخار آب با فرآورده‌ها كه در جهت مخالف جريان دارد، سازندههاي سبكتر موجود در فرآورده تبخيرشده، به همراه جريان بخار آب كشيده مي‌شوند.
نقطه اشتعال فرآوردههاي نفتي بطور تقريبي از رابطه زير بدست مي‌آيد :
در مورد برش‌های نفتی: F=0.64T-100
در مورد نفت خام : F=0.57T-110
T: دماي متوسط در فاصله 0 تا 10 درصد تقطير ASTM.
در پايين ستون بخار آب تزريق مي‌شود كه هدف آن جداسازي گازوييل به جا مانده در باقيمانده اتمسفري است. فرآورده‌هايي كه از ستون تقطير بدست مي‌آيند، به ترتيب عبارتند از : گازهاي سبك، گازهاي مايع شده، بنزين سبك و سنگين، برش كروزن.
آنچه در ستون تقطير اتمسفري باقي مي‌ماند، از سازنده هاي سنگينتر تشكيل شده است و باقيمانده اتمسفری129 نام دارد .براي تقطير اين باقيمانده، حرارت بيشتري لازم است، كه در صورت اعمال، موجب شكست حرارتي مولكول‌ها مي‌شود. براي جلوگيري از اين امر، تقطير باقيمانده اتمسفري را در ستون ديگري كه در فشار پايين‌تر كار مي‌كند و ستون تقطير خلاء ناميده مي‌شود، انجام مي‌دهند.
ستون تقطير خلاء130
براي جلوگيري از شكست حرارتي، باقيمانده اتمسفري را در فشار پايين‌تر تقطير مي‌كنند. در فشار پايين تر، تركيبات در دماي كمتر مي‌جوشند و در نتيجه حرارت آن چنان نيست كه موجب تجزيه مولكول‌ها شود. اين عمل در ستون تقطير خلاء كه فشار آن بين 15 تا 40 ميليمتر جيوه است، انجام مي‌شود ( شکل 4 5).
شکل 4 5 برج تقطیر خلا [9]
ابتدا باقيمانده اتمسفري را به يك كوره لوله اي مي‌فرستند، تا دمايش به حد لازم برسد. در اين كوره بخار آب نيز تزريق مي‌شود كه هدف آن افزايش سرعت جريان در لوله‌هاي كوره، كاهش كك و كاهش فشار جزيي هيدروكربن‌هاست. مقدار بخار آب مصرفي بستگي به فاصله جوش خوراك دارد و معمولا بين 10 تا 15 پوند براي هر بشكه خوراك است. يك جريان بازگردان به طور مداوم در ستون گردش مي‌كند.
دماي خروجي كوره با توجه به فاصله جوش خوراك و بخشي از آن كه بايد تبخير شود و نيز پتانسيل تشكيل کک خوراک مشخص می‌شود و معمولا بین3808˚C تا 4508˚C است.فشار حقيقي (فشار كل – فشار جزيي بخار آب) تعيين كننده ميزان تبخير خوراك در منطقه تبخير آني است.
در طراحي ستون تقطير خلاء بايد سعي شود كه افت فشار بين دستگاه ايجاد كننده خلاء و منطقه تبخير آني به حداقل برسد. خلاء با استفاده از اژكتورهاي بخار131 و كندانسورهاي بارومتري تامين مي‌شود. تعداد و ابعاد اژكتورها و كندانسورها بستگي به خلاء مورد نظر و كيفيت بخار دارد. با توجه به پايين بودن فشار در ستون تقطير خلاء، حجم بخارهاي توليد شده به ازاي هر بشكه خوراك خيلي بيشتر از حجم آنها در ستون تقطير اتمسفري است و به همين دليل قطر ستونهاي خلاء بيشتر از ستونهاي اتمسفري است. تعداد سيني‌هاي ستون تقطير خلاء معمولا بين 8 تا 20 عدد است.
فرآوردههاي ستون تقطير خلاء عبارتند از : گازوييل خلاء و فرآوردههاي جانبي كه براي روغن سازي بكار مي‌رود. باقيمانده خلاء132 مستقيم ويا پس از عمليات مختلف قابل استفاده است[7].
فرآوردههاي تقطير
پس از انجام تقطير اوليه، وضعيت فرآورده‌ها از نظر كمي و كيفي بررسي مي‌شود تا بر حسب آن بتوان دنباله برنامه پالايش را جهت داد. از بررسي فرآورده‌ها در تقطير اوليه معلوم مي‌شود :
به غير از باقيمانده اتمسفري كه به عنوان سوخت سنگين به مصرف مي‌رسد، ساير فرآورده هاي تقطير اوليه را نمي‌توان به عنوان فرآورده نهايي به حساب آورد.
مقدار برش‌هاي مختلف با تقاضاي بازار مطابقت ندارد، به اين صورت كه فرآورده هاي سنگين اضافه بر تقاضا و فرآوردههاي سبك به ويژه بنزين كمتر از نياز بازار است. بنابراين براي بهبود كيفيت وتبديل برش‌هاي سنگين به سبكتر بايد از روش‌هاي تبديل و تفكيك استفاده شود. عمليات تصفيه نيز براي بهبود كيفيت تمامي برش‌ها ضروري است[7].
مهمترين فرآوردههاي واحد تقطير نفت خام
گاز سوختي
اين گازها از متان و اتان تشكيل شده و به آن گاز خشك گويند. اين گاز به عنوان سوخت پالايشگاه و يا خوراك واحد توليد هيدروژن استفاده مي‌شود.
گاز مرطوب
شامل پروپان، بوتان و اندكي متان و اتان است. از اين جريان گاز، پروپان و بوتان‌ها را جدا مي‌كنند و به عنوان گاز مايع به مصارف سوختي مي‌رسانند.
بنزين سبك تقطير مستقيم133
جريان تثبيت شده اين بنزين پس از گوگردگيري به عنوان يكي از سازندههاي مخلوط بنزين‌ها بكار مي‌رود و يا ابتدا جهت بهبود عدد اكتان از واحد ايزومري مي‌گذرد و با ساير بنزين‌ها مخلوط مي‌شود.
نفتا يا بنزين سنگين تقطير مستقيم134
اين بنزين پس از گوگردگيري وارد واحد رفرمينگ مي‌شود، تا عدد اكتان آن افزايش يابد. بنزين خروجي از این واحد نام دارد و داراي عدد اكتان بالایي است و با ساير بنزين‌هاي توليدي در پالايشگاه‌ها مخلوط مي‌شود.
برش كروزن135
از اين برش مي‌توان هم نفت سفيد به دست آورد و هم سوخت جت136 در مورد نفت سفید فقط عمليات گوگردگيري آنجام مي‌شود. كاربرد آن نيز به عنوان سوخت گرمايي است. براي تهيه سوخت جت، برش كروزن و نفتا را به نسبت‌هاي مختلف مخلوط مي‌كنند تا فاصله جوش مورد نظر بدست آيد. گوگردگيري و بعضي عمليات تكميلي ديگر نيز روي اين برش انجام مي‌شود.
گازوييل‌ها
گازوييل اتمسفري پس از گوگرد گيري به عنوان سوخت موتورهاي ديزلي بكار مي‌رود. گازوييل خلاء كه سنگينتر است، به عنوان خوراك واحد كراكينگ كاتاليزوري و يا هيدروكراكينگ بكار مي‌رود. قسمت سنگين‌ترگازوييل خلاء را مي‌توان به عنوان خوراك واحد روغن سازي بكار برد.
فرآورده هاي جانبي تقطير در خلاء
از اين فرآورده‌ها به عنوان خوراك واحد روغن‌سازي استفاده شده، عمليات استخراج با حلال، موم گيري و تصفيه روي آنها انجام مي‌شود.
باقيمانده خلاء
باقيمانده خلاء را به واحد آسفالت‌گيري مي‌فرستند، تا برش روغني به جا مانده از قير و آسفالت جدا شود. اين برش روغني سنگين به واحد روغن‌سازي ارسال مي‌شود. باقيمانده خلاء را مي‌توان به عنوان نفت سوخت سنگين بكار برد و يا براي تنظيم گرانروي به واحد كاهش گرانروي ارسال نمود. باقيمانده خلاء به عنوان خوراك واحد كك‌سازي بكار مي‌رود. از اين واحد كك نفتي، گاز، بنزين و گازوييل به دست مي‌آيد.
شبیه‌سازی واحد تقطیر
در دنياي رقابتي امروز شركت‌هاي طراحي و توليدي، نيازمند سرعت و دقت فراوان در طراحي بهينه فرايندهاي توليد دارند. اين عمل بايد به صورتي انجام گيرد كه حداقل تكرار محاسبات را نيز به دنبال داشته باشد. شبيه سازي فرايند ابزاري است مفيد و موثر براي دست‌يابي به اهداف ما نند[3]:
انتخاب بهينه و درست تجهيزات مطابق با اهداف طراحي؛
ارزيابي صحيح تغييرات خوراك، نوسانات و خارج از سرويس نمودن تجهيزات؛
ايمني، قابليت اعتماد و سودمندي در طول عمر پالايشگاه؛
در اختيار قرار دادن داده‌هايي از سيستم كه اندازه گيري آنها در شرايط واقعي دشوار و يا حتي غيرممكن مي‌باشد.
نرم افزارهاي شبيه‌سازي به‌گونه‌ای برنامه نويسي شده‌اند كه صحت و سرعت شبيه‌سازي را با سادگي كارتلفيق مي كنند. براي طراحي‌هاي جديد، اين نرم افزارها قادر هستند به سرعت مدل‌ها را براي ارزيابي گزينه‌هاي متعدد بوجود آورند. پس از گزينش چند طرح برتر، مي‌توان مدل‌هايي بسيار واقع بينانه برمبناي آنها ايجاد نمود كه تجهيزات اضافي و جزئيات فرآيند نيز در آنها در نظر گرفته شده باشد. با كمك نرم‌افزارهاي شبيه‌ساز مي‌توان عمليات مجتمع را به سرع
