রাসায়নিক চুল্লি কি? রাসায়নিক চুল্লির প্রকার

2024 লেখক: Howard Calhoun | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-02 13:50

একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া এমন একটি প্রক্রিয়া যা বিক্রিয়কগুলির রূপান্তর ঘটায়। এটি পরিবর্তন দ্বারা চিহ্নিত করা হয় যার ফলে এক বা একাধিক পণ্য মূল থেকে আলাদা। রাসায়নিক বিক্রিয়া ভিন্ন প্রকৃতির। এটি রিএজেন্টের ধরন, প্রাপ্ত পদার্থ, সংশ্লেষণের অবস্থা এবং সময়, পচন, স্থানচ্যুতি, আইসোমারাইজেশন, অ্যাসিড-বেস, রেডক্স, জৈব প্রক্রিয়া ইত্যাদির উপর নির্ভর করে।

রাসায়নিক চুল্লিগুলি চূড়ান্ত পণ্য তৈরি করার জন্য প্রতিক্রিয়া সম্পাদন করার জন্য ডিজাইন করা পাত্র। তাদের নকশা বিভিন্ন কারণের উপর নির্ভর করে এবং সবচেয়ে সাশ্রয়ী উপায়ে সর্বাধিক আউটপুট প্রদান করা উচিত।

ভিউ

রাসায়নিক চুল্লির তিনটি প্রধান মৌলিক মডেল রয়েছে:

• পর্যায়ক্রমিক।
• একটানা আলোড়িত (CPM)।
• প্লাঙ্গার ফ্লো রিঅ্যাক্টর (PFR)।

এই মৌলিক মডেলগুলিকে রাসায়নিক প্রক্রিয়ার প্রয়োজনীয়তা মেটাতে পরিবর্তন করা যেতে পারে।

ব্যাচ চুল্লি

এই ধরনের রাসায়নিক ইউনিটগুলি ব্যাচ প্রক্রিয়ায় ব্যবহার করা হয় কম উৎপাদন ভলিউম, দীর্ঘ প্রতিক্রিয়া সময় বা যেখানে আরও ভাল নির্বাচনীতা অর্জন করা হয়, যেমন কিছু পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়া।

এর জন্য, উদাহরণস্বরূপ, স্টেইনলেস স্টিলের পাত্র ব্যবহার করা হয়, যার বিষয়বস্তু অভ্যন্তরীণ কাজের ব্লেড, গ্যাসের বুদবুদ বা পাম্প ব্যবহার করে মিশ্রিত করা হয়। হিট এক্সচেঞ্জ জ্যাকেট, সেচ কুলার বা হিট এক্সচেঞ্জারের মাধ্যমে পাম্পিং ব্যবহার করে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা হয়।

ব্যাচ চুল্লি বর্তমানে রাসায়নিক এবং খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ শিল্পে ব্যবহৃত হয়। তাদের স্বয়ংক্রিয়তা এবং অপ্টিমাইজেশন অসুবিধা সৃষ্টি করে, কারণ এটি অবিচ্ছিন্ন এবং বিচ্ছিন্ন প্রক্রিয়াগুলিকে একত্রিত করা প্রয়োজন৷

আধা-ব্যাচ রাসায়নিক চুল্লি ক্রমাগত এবং ব্যাচ অপারেশন একত্রিত করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি বায়োরিয়াক্টর, পর্যায়ক্রমে লোড করা হয় এবং ক্রমাগত কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গত করে, যা অবিচ্ছিন্নভাবে অপসারণ করা আবশ্যক। একইভাবে, ক্লোরিনেশন বিক্রিয়ায়, যখন ক্লোরিন গ্যাস অন্যতম বিক্রিয়ক, যদি এটি ক্রমাগত প্রবর্তন না করা হয় তবে এর বেশিরভাগই উদ্বায়ী হয়ে যাবে।

বৃহৎ উত্পাদনের পরিমাণ নিশ্চিত করতে, ক্রমাগত রাসায়নিক চুল্লি বা ধাতব ট্যাঙ্কগুলি আন্দোলক বা অবিচ্ছিন্ন প্রবাহ সহ প্রধানত ব্যবহৃত হয়।

ক্রমাগত আলোড়িত চুল্লি

স্টেইনলেস স্টিলের ট্যাঙ্কে তরল রিএজেন্ট খাওয়ানো হয়। সঠিক মিথস্ক্রিয়া নিশ্চিত করার জন্য, তারা কার্যকরী ব্লেড দ্বারা মিশ্রিত হয়। এইভাবে, মধ্যেএই ধরণের চুল্লিগুলিতে, বিক্রিয়কগুলিকে ক্রমাগত প্রথম ট্যাঙ্কে (উল্লম্ব, ইস্পাত) খাওয়ানো হয়, তারপরে তারা প্রতিটি ট্যাঙ্কে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে মিশ্রিত হওয়ার সময় পরবর্তীগুলিতে প্রবেশ করে। যদিও প্রতিটি পৃথক ট্যাঙ্কে মিশ্রণের সংমিশ্রণ একজাতীয়, তবে সামগ্রিকভাবে সিস্টেমে ঘনত্ব ট্যাঙ্ক থেকে ট্যাঙ্কে পরিবর্তিত হয়।

একটি ট্যাঙ্কে একটি বিচ্ছিন্ন বিকারক কত সময় ব্যয় করে (আবাসের সময়) গড় পরিমাণ গণনা করা যেতে পারে ট্যাঙ্কের আয়তনকে এর মধ্য দিয়ে গড় আয়তনের প্রবাহ হার দ্বারা ভাগ করে। রাসায়নিক গতিবিদ্যা ব্যবহার করে প্রতিক্রিয়াটির প্রত্যাশিত শতাংশ সমাপ্তি গণনা করা হয়৷

ট্যাঙ্কগুলি স্টেইনলেস স্টীল বা খাদ দিয়ে তৈরি হয়, সেইসাথে এনামেল আবরণ দিয়ে।

NPM এর কিছু গুরুত্বপূর্ণ দিক

সমস্ত গণনা নিখুঁত মিশ্রণের উপর ভিত্তি করে। প্রতিক্রিয়া চূড়ান্ত ঘনত্বের সাথে সম্পর্কিত একটি হারে এগিয়ে যায়। ভারসাম্যের সময়, প্রবাহের হার অবশ্যই প্রবাহ হারের সমান হতে হবে, অন্যথায় ট্যাঙ্কটি উপচে পড়বে বা খালি হবে।

এটি প্রায়ই একাধিক সিরিয়াল বা সমান্তরাল HPM-এর সাথে কাজ করা সাশ্রয়ী। পাঁচ বা ছয় ইউনিটের ক্যাসকেডে একত্রিত স্টেইনলেস স্টিলের ট্যাঙ্কগুলি একটি প্লাগ প্রবাহ চুল্লির মতো আচরণ করতে পারে। এটি প্রথম ইউনিটটিকে উচ্চ বিক্রিয়াক ঘনত্বে কাজ করতে দেয় এবং তাই দ্রুত প্রতিক্রিয়া হারে। এছাড়াও, HPM এর বিভিন্ন ধাপ বিভিন্ন পাত্রে সংঘটিত প্রক্রিয়ার পরিবর্তে একটি উল্লম্ব ইস্পাত ট্যাঙ্কে স্থাপন করা যেতে পারে।

অনুভূমিক সংস্করণে, মাল্টি-স্টেজ ইউনিটটি বিভিন্ন উচ্চতার উল্লম্ব পার্টিশন দ্বারা ভাগ করা হয় যার মাধ্যমে মিশ্রণটি ক্যাসকেডে প্রবাহিত হয়।

যখন বিক্রিয়কগুলি খারাপভাবে মিশ্রিত হয় বা ঘনত্বে উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন হয়, তখন একটি উল্লম্ব মাল্টি-স্টেজ রিঅ্যাক্টর (রেখাযুক্ত বা স্টেইনলেস স্টিল) কাউন্টারকারেন্ট মোডে ব্যবহৃত হয়। এটি বিপরীত প্রতিক্রিয়া বহন করার জন্য কার্যকর৷

ছোট সিউডো-তরল স্তরটি সম্পূর্ণ মিশ্রিত। একটি বৃহৎ বাণিজ্যিক তরলযুক্ত বেড রিঅ্যাক্টরের তাপমাত্রা যথেষ্ট সমান, তবে মিশ্রিত এবং স্থানচ্যুত স্রোতের মিশ্রণ এবং তাদের মধ্যে স্থানান্তরিত অবস্থা।

প্লাগ-ফ্লো রাসায়নিক চুল্লি

RPP হল একটি চুল্লি (স্টেইনলেস) যেখানে এক বা একাধিক তরল বিক্রিয়ক পাইপ বা পাইপের মাধ্যমে পাম্প করা হয়। এগুলিকে টিউবুলার প্রবাহও বলা হয়। এতে একাধিক পাইপ বা টিউব থাকতে পারে। বিকারকগুলি ক্রমাগত এক প্রান্ত দিয়ে প্রবেশ করে এবং পণ্যগুলি অন্য প্রান্ত থেকে প্রস্থান করে। মিশ্রণের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে রাসায়নিক প্রক্রিয়া ঘটে।

RPP-এ, প্রতিক্রিয়া হার গ্রেডিয়েন্ট: ইনপুটে এটি খুব বেশি, কিন্তু বিকারকগুলির ঘনত্ব হ্রাস এবং আউটপুট পণ্যগুলির সামগ্রীর বৃদ্ধির সাথে এর হার হ্রাস পায়। সাধারণত গতিশীল ভারসাম্যের অবস্থায় পৌঁছে যায়।

আনুভূমিক এবং উল্লম্ব চুল্লি উভয় অভিযোজন সাধারণ৷

যখন তাপ স্থানান্তর প্রয়োজন হয়, পৃথক টিউব জ্যাকেট করা হয় বা একটি শেল এবং টিউব হিট এক্সচেঞ্জার ব্যবহার করা হয়। পরবর্তী ক্ষেত্রে, রাসায়নিক হতে পারেশেল এবং টিউবে উভয়ই।

নজল বা বাথ সহ বড় ব্যাসের ধাতব পাত্রগুলি আরপিপির মতো এবং ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। কিছু কনফিগারেশনে অক্ষীয় এবং রেডিয়াল প্রবাহ, অন্তর্নির্মিত হিট এক্সচেঞ্জার সহ একাধিক শেল, অনুভূমিক বা উল্লম্ব চুল্লি অবস্থান ইত্যাদি ব্যবহার করা হয়।

বিকারক জাহাজটি অনুঘটক বা জড় কঠিন পদার্থে পূর্ণ হতে পারে যাতে ভিন্ন ভিন্ন প্রতিক্রিয়ায় আন্তঃমুখী যোগাযোগ উন্নত করা যায়।

RPP-তে এটা গুরুত্বপূর্ণ যে গণনাগুলি উল্লম্ব বা অনুভূমিক মিশ্রণকে বিবেচনায় নেয় না - "প্লাগ ফ্লো" শব্দটি দ্বারা এটিই বোঝায়। রিএজেন্ট শুধুমাত্র খাঁড়ি মাধ্যমে নয় চুল্লি মধ্যে চালু করা যেতে পারে. এইভাবে, RPP এর উচ্চতর দক্ষতা অর্জন করা বা এর আকার এবং খরচ কমানো সম্ভব। RPP-এর কর্মক্ষমতা সাধারণত একই ভলিউমের HPP-এর চেয়ে বেশি। পিস্টন চুল্লিতে ভলিউম এবং সময়ের সমান মান সহ, মিক্সিং ইউনিটের তুলনায় বিক্রিয়াটি সম্পূর্ণ হওয়ার শতাংশ বেশি হবে।

ডাইনামিক ব্যালেন্স

অধিকাংশ রাসায়নিক প্রক্রিয়ার জন্য, 100 শতাংশ সমাপ্তি অর্জন করা অসম্ভব। এই সূচকের বৃদ্ধির সাথে সাথে তাদের গতি হ্রাস পায় যতক্ষণ না সিস্টেমটি গতিশীল ভারসাম্যে পৌঁছায় (যখন মোট প্রতিক্রিয়া বা রচনায় পরিবর্তন ঘটে না)। বেশিরভাগ সিস্টেমের জন্য ভারসাম্য বিন্দু 100% প্রক্রিয়া সমাপ্তির নিচে। এই কারণে, অবশিষ্ট বিক্রিয়ক বা উপজাতগুলিকে পৃথক করার জন্য পাতনের মতো একটি পৃথকীকরণ প্রক্রিয়া চালানো প্রয়োজন।লক্ষ্য এই রিএজেন্টগুলি কখনও কখনও হ্যাবার প্রক্রিয়ার মতো প্রক্রিয়ার শুরুতে পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে।

PFA এর আবেদন

পিস্টন ফ্লো রিঅ্যাক্টরগুলি যৌগগুলির রাসায়নিক রূপান্তর চালাতে ব্যবহৃত হয় যখন তারা একটি টিউব-সদৃশ সিস্টেমের মাধ্যমে বৃহৎ আকারে, দ্রুত, একজাতীয় বা ভিন্নজাতীয় বিক্রিয়া, ক্রমাগত উত্পাদন এবং উচ্চ তাপ উৎপন্ন প্রক্রিয়ার জন্য চলে।

একটি আদর্শ RPP-এর একটি নির্দিষ্ট আবাসের সময় থাকে, অর্থাৎ যে কোনো তরল (পিস্টন) t সময়ে প্রবেশ করলে তা t + τ সময়ে ছেড়ে যাবে, যেখানে τ হল ইনস্টলেশনের সময়।

এই ধরনের রাসায়নিক চুল্লির দীর্ঘ সময় ধরে উচ্চ কার্যক্ষমতা রয়েছে, সেইসাথে চমৎকার তাপ স্থানান্তর। RPPs-এর অসুবিধাগুলি হল প্রক্রিয়া তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণে অসুবিধা, যা তাপমাত্রার অবাঞ্ছিত ওঠানামা হতে পারে এবং তাদের উচ্চ খরচ হতে পারে৷

অনুঘটক চুল্লি

যদিও এই ধরণের ইউনিটগুলি প্রায়শই RPP হিসাবে প্রয়োগ করা হয়, তাদের আরও জটিল রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন হয়। অনুঘটক বিক্রিয়ার হার রাসায়নিকের সংস্পর্শে অনুঘটকের পরিমাণের সমানুপাতিক। একটি কঠিন অনুঘটক এবং তরল বিক্রিয়াকের ক্ষেত্রে, প্রক্রিয়াগুলির হার উপলব্ধ এলাকা, রাসায়নিকের ইনপুট এবং পণ্য প্রত্যাহারের সমানুপাতিক এবং অশান্ত মিশ্রণের উপস্থিতির উপর নির্ভর করে।

একটি অনুঘটক প্রতিক্রিয়া আসলে প্রায়ই বহু-পদক্ষেপ। এটাই নাপ্রাথমিক বিক্রিয়াক অনুঘটক সঙ্গে যোগাযোগ. কিছু মধ্যবর্তী পণ্যও এর সাথে প্রতিক্রিয়া জানায়।

এই প্রক্রিয়ার গতিবিদ্যাতেও অনুঘটকের আচরণ গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রার পেট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ায়, কারণ তারা সিন্টারিং, কোকিং এবং অনুরূপ প্রক্রিয়ার দ্বারা নিষ্ক্রিয় হয়ে যায়।

নতুন প্রযুক্তির প্রয়োগ

RPP বায়োমাস রূপান্তরের জন্য ব্যবহৃত হয়। পরীক্ষায় উচ্চ-চাপের চুল্লি ব্যবহার করা হয়। তাদের মধ্যে চাপ 35 MPa পৌঁছতে পারে। বিভিন্ন আকারের ব্যবহার বাসস্থানের সময় 0.5 থেকে 600 সেকেন্ডের মধ্যে পরিবর্তিত হতে দেয়। 300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে তাপমাত্রা অর্জন করতে, বৈদ্যুতিকভাবে উত্তপ্ত চুল্লি ব্যবহার করা হয়। বায়োমাস HPLC পাম্প দ্বারা সরবরাহ করা হয়৷

RPP অ্যারোসল ন্যানো পার্টিকেল

ইলেকট্রনিক্স শিল্পের জন্য উচ্চ-মিশ্র ধাতু এবং পুরু-ফিল্ম কন্ডাক্টর সহ বিভিন্ন উদ্দেশ্যে ন্যানোসাইজড কণার সংশ্লেষণ এবং প্রয়োগে যথেষ্ট আগ্রহ রয়েছে। অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনের মধ্যে রয়েছে চৌম্বক সংবেদনশীলতা পরিমাপ, দূরবর্তী ইনফ্রারেড ট্রান্সমিশন এবং পারমাণবিক চৌম্বকীয় অনুরণন। এই সিস্টেমগুলির জন্য একটি নিয়ন্ত্রিত আকারের কণা তৈরি করা প্রয়োজন। তাদের ব্যাস সাধারণত 10 থেকে 500 nm এর মধ্যে হয়।

তাদের আকার, আকৃতি এবং উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের কারণে, এই কণাগুলি প্রসাধনী রঙ্গক, ঝিল্লি, অনুঘটক, সিরামিক, অনুঘটক এবং ফটোক্যাটালিটিক চুল্লি তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ন্যানো পার্টিকেলগুলির জন্য অ্যাপ্লিকেশন উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে SnO₂ সেন্সরগুলির জন্যকার্বন মনোক্সাইড, TiO₂ হালকা গাইডের জন্য, SiO_{2 কলয়েডাল সিলিকন ডাই অক্সাইড এবং অপটিক্যাল ফাইবারের জন্য, টায়ারের কার্বন ফিলারের জন্য C, রেকর্ডিং উপকরণের জন্য Fe, ব্যাটারির জন্য Ni এবং কম পরিমাণে, প্যালাডিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম এবং বিসমাথ। এই সমস্ত উপকরণ অ্যারোসল চুল্লিতে সংশ্লেষিত হয়। মেডিসিনে, ন্যানো পার্টিকেলগুলি ক্ষত সংক্রমণ প্রতিরোধ ও চিকিত্সার জন্য, কৃত্রিম হাড় ইমপ্লান্টে এবং মস্তিষ্কের ইমেজিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়৷}

উৎপাদনের উদাহরণ

অ্যালুমিনিয়াম কণা প্রাপ্ত করার জন্য, ধাতব বাষ্পে পরিপূর্ণ একটি আর্গন প্রবাহকে 1000 °C/s হারে 1600 °C তাপমাত্রা থেকে 18 মিমি ব্যাস এবং 0.5 মিটার দৈর্ঘ্যের RPP-তে ঠান্ডা করা হয়।. গ্যাস চুল্লির মধ্য দিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে অ্যালুমিনিয়াম কণার নিউক্লিয়েশন এবং বৃদ্ধি ঘটে। প্রবাহের হার হল 2 dm3/মিনিট এবং চাপ হল 1 atm (1013 Pa)। এটি নড়াচড়া করার সাথে সাথে, গ্যাসটি ঠান্ডা হয়ে সুপারস্যাচুরেটেড হয়ে যায়, যা অণুর সংঘর্ষ এবং বাষ্পীভবনের ফলে কণার নিউক্লিয়েশনের দিকে পরিচালিত করে, যতক্ষণ না কণাটি একটি জটিল আকারে পৌঁছায়। সুপারস্যাচুরেটেড গ্যাসের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে অ্যালুমিনিয়ামের অণুগুলি কণার উপর ঘনীভূত হয়, তাদের আকার বৃদ্ধি পায়।