सतत आसवन: Difference between revisions
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[[Image:Colonne distillazione.jpg|right|thumb|250px|छवि 1: विशिष्ट औद्योगिक आसवन टावर]] | [[Image:Colonne distillazione.jpg|right|thumb|250px|छवि 1: विशिष्ट औद्योगिक आसवन टावर]] | ||
[[Image:Vacuum Column.jpg|right|thumb|183px|छवि 2: [[तेल शोधशाला]] में उपयोग किया जाने वाला एक कच्चा तेल वैक्यूम आसवन स्तंभ]] | [[Image:Vacuum Column.jpg|right|thumb|183px|छवि 2: [[तेल शोधशाला]] में उपयोग किया जाने वाला एक कच्चा तेल वैक्यूम आसवन स्तंभ]]'''सतत आसवन''', [[आसवन]] का एक रूप, सतत पृथक्करण होता है जिसमें किसी मिश्रण को लगातार (बिना किसी रुकावट के) प्रक्रिया में डाला जाता है और अलग किए गए प्रभाजों (फ्रैक्शंस) को निर्गम धारा (आउटपुट स्ट्रीम) के रूप में लगातार हटा दिया जाता है। आसवन किसी तरल फ़ीड मिश्रण को चयनात्मक उबालने (या [[वाष्पीकरण]]) और संक्षेपण द्वारा घटकों या प्रभाजों में पृथक करना या आंशिक रूप से पृथक करना है। यह प्रक्रिया कम से कम दो निर्गम प्रभाज उत्पन्न करती है। इन प्रभाजों में कम से कम एक [[अस्थिरता (रसायन विज्ञान)|वाष्पशील]] आसुत प्रभाज सम्मिलित होता है, जिसमें उबाल आया है और तरल में संघनित वाष्प के रूप में कैप्चर किया गया है, और प्रायः हमेशा एक ''बॉटम'' (या ''रिजिड्यूम'' (शेष)) प्रभाज सम्मिलित है, जो सबसे कम वाष्पशील अवशेष है जिसे स्वतंत्र रूप से शीतल वाष्प के रूप में कैप्चर नहीं किया गया है। | ||
सतत आसवन का एक विकल्प [[बैच आसवन]] होता है, जहां आसवन की शुरुआत में मिश्रण को इकाई में जोड़कर, आसवन के दौरान समय (एक के बाद एक) में आसुत प्रभाजों को क्रमशः बाहर निकाला जाता है, और शेष निचले प्रभाज को अंत में हटा दिया जाता है। क्योंकि प्रत्येक आसुत प्रभाज को भिन्न-भिन्न समय पर बाहर निकाला जाता है, इसलिए एक बैच आसवन के लिए केवल एक आसवन निकास बिंदु (स्थान) की आवश्यकता होती है और आसुत केवल एक अतिरिक्त रिसीवर, एक प्रभाज-संग्रहण कंटेनर में परिवर्तित किया जा सकता है। बैच आसवन का उपयोग प्रायः तब किया जाता है जब छोटी मात्रा आसवित होती है। सतत आसवन में, प्रत्येक प्रभाज धारा को पूरे संचालन के दौरान एक साथ लिया जाता है; इसलिए, प्रत्येक प्रभाज के लिए एक भिन्न निकास बिंदु की आवश्यकता होती है। व्यवहार में जब कई आसुत प्रभाज होते हैं, तो आसुत निकास बिंदु एक [[अंशांकन स्तंभ]] पर विभिन्न ऊंचाइयों पर स्थित होते हैं। निचला प्रभाज आसवन स्तंभ या इकाई के नीचे से लिया जा सकता है, लेकिन प्रायः इसे स्तंभ के निचले भाग से जुड़े [[पुनर्वाष्पित्र]] से लिया जाता है। | |||
प्रत्येक | प्रत्येक प्रभाज में एक या एक से अधिक घटक ([[रासायनिक यौगिक|रासायनिक यौगिकों]] के प्रकार) हो सकते हैं। कच्चे तेल या एक समान फीडस्टॉक को आसवित करते समय, प्रत्येक प्रभाज में समान अस्थिरता और अन्य गुणों के कई घटक होते हैं। यद्यपि छोटे पैमाने पर या प्रयोगशाला में सतत आसवन चलाना संभव है, प्रायः सतत आसवन का उपयोग बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रिया में किया जाता है। | ||
==औद्योगिक अनुप्रयोग== | ==औद्योगिक अनुप्रयोग== | ||
आसवन रासायनिक | आसवन एक रासायनिक इंजीनियरिंग का एक इकाई कार्य है।<ref>{{cite book| editor1-first=Jacqueline I. |editor1-last=Kroschwitz |editor2-first=Arza |editor2-last=Seidel|edition=5th |volume=8 |pages=739–785|title=किर्क-ओथमर इनसाइक्लोपीडिया ऑफ केमिकल टेक्नोलॉजी|publisher=Wiley-Interscience|location=Hoboken, New Jersey|year=2004|isbn=0471488100}}</ref><ref>{{cite book| author=McCabe, W., Smith, J. and Harriott, P.|edition=7th|title=[[Unit Operations of Chemical Engineering]]|publisher=McGraw Hill|year=2004|isbn=0-07-284823-5}}</ref> सतत आसुत का व्यापक उपयोग रासायनिक प्रक्रिया उद्योगों में उपयोग किया जाता है जहां बड़ी मात्रा में तरल पदार्थों को आसवित करना होता है।<ref name="Kister">{{cite book|author=Kister, Henry Z.|title=[[Distillation Design]]|edition=1st |publisher=McGraw-Hill|year=1992|isbn=0-07-034909-6}}</ref><ref>{{cite book|author=King, C.J.|title=पृथक्करण प्रक्रियाएँ|publisher=McGraw Hill|year=1980|isbn=0-07-034612-7| edition=2nd}}</ref><ref name="Perry">{{cite book|author1=Perry, Robert H. |author2=Green, Don W.|title=[[Perry's Chemical Engineers' Handbook]]|edition=6th| publisher=McGraw-Hill|year=1984|isbn=0-07-049479-7}}</ref> ऐसे उद्योग में [[प्राकृतिक गैस प्रसंस्करण]], [[पेट्रो|पेट्रोकेमिकल]] उत्पादन, कोयला टार प्रसंस्करण, [[आसुत पेय|शराब उत्पादन]], तरलीकृत वायु पृथक्करण, [[हाइड्रोकार्बन]] [[विलायक]] उत्पादन, [[कैनाबिनोइड]] पृथक्करण और इसी तरह के उद्योग सम्मिलित हैं, लेकिन इसका सबसे व्यापक अनुप्रयोग पेट्रोलियम परिशोधनशालाओं (रिफाइनरियों) में होता है। इस तरह की परिशोधनशालाओं में, कच्चे तेल फीडस्टॉक एक बहुत ही जटिल आसवन मिश्रण होता है जिसे विभाजित किया जाना चाहिए और पूरे रासायनिक यौगिकों के योग्यता की उम्मीद नहीं होती, केवल [[क्वथनांक]] की अपेक्षाकृत छोटी सीमा के भीतर यौगिकों के समूह होते हैं, जिन्हें ''प्रभाज'' कहा जाता है। ये प्रभाज ''प्रभाजी आसवन'' या ''प्रभाजन'' शब्द की उत्पत्ति हैं। उत्पाद आवश्यकताओं और अर्थशास्त्र के आधार पर इन प्रभाजों में घटकों को भिन्न करना प्रायः सार्थक नहीं होता है। | ||
औद्योगिक आसवन | औद्योगिक आसवन आम तौर पर बड़े, ऊर्ध्वाधर बेलनाकार स्तंभों (जैसा कि चित्र 1 और 2 में दिखाया गया है) में किया जाता है, जिन्हें "आसवन टॉवर" या "आसवन स्तंभ" के रूप में जाना जाता है, जिनका व्यास लगभग 65 सेंटीमीटर से 11 मीटर तक होता है और ऊंचाई लगभग 6 मीटर से 60 मीटर या उससे अधिक होती है। | ||
==सिद्धांत== | ==सिद्धांत== | ||
{{main| | {{main|आसवन}} | ||
[[Image:Continuous Binary Fractional Distillation.PNG|thumb|250px|right|छवि 3: सतत बाइनरी | [[Image:Continuous Binary Fractional Distillation.PNG|thumb|250px|right|छवि 3: सतत बाइनरी प्रभाजी आसवन टावर का केमिकल इंजीनियरिंग योजनाबद्ध। द्विआधारी आसवन एक फ़ीड मिश्रण धारा को दो प्रभाजों में पृथक करता है: आसवन और निचला प्रभाज।]]सतत आसवन के लिए सिद्धांत वास्तविक आसवन के लिए वही है: जब एक तरल मिश्रण को गर्म किया जाता है ताकि वह उबल जाए, तो तरल के ऊपर वाष्प की आवयव सामाग्री तरल संघटन से भिन्न होती है। यदि इस वाष्प को भिन्न किया जाता है और एक तरल में संघनित किया जाता है, तो यह मूल मिश्रण के निचले क्वथनांक वाले घटकों में अधिक समृद्ध हो जाता है। | ||
सतत आसवन स्तंभ में यही होता है। मिश्रण को गर्म किया जाता है, और आसवन | सतत आसवन स्तंभ में यही होता है। एक मिश्रण को गर्म किया जाता है, और आसवन स्तंभ में भेजा जाता है। कॉलम में प्रवेश करने पर, फ़ीड नीचे की ओर बहने लगती है लेकिन इसका कुछ हिस्सा, कम क्वथनांक वाले घटक वाष्पीकृत हो जाते हैं और ऊपर उठ जाते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे यह ऊपर उठता है, यह ठंडा हो जाता है और जबकि इसका कुछ भाग वाष्प के रूप में ऊपर रहता है, इसका कुछ भाग (कम अस्थिर घटक से समृद्ध) फिर से नीचे आना शुरू हो जाता है। | ||
छवि 3 में एक फ़ीड स्ट्रीम को दो | छवि 3 में एक फ़ीड स्ट्रीम को दो प्रभाजों, एक ओवरहेड डिस्टिलेट उत्पाद और एक बॉटम्स उत्पाद में भिन्न करने के लिए एक सरल सतत प्रभाजी आसवन टावर को दर्शाया गया है। "सबसे हल्के" उत्पाद (सबसे कम क्वथनांक या उच्चतम अस्थिरता वाले) कॉलम के शीर्ष से बाहर निकलते हैं और "सबसे भारी" उत्पाद (सबसे निचले, सबसे अधिक क्वथनांक वाले) कॉलम के नीचे से बाहर निकलते हैं। जल-ठंडा या वायु-ठंडा कंडेनसर का उपयोग करके ओवरहेड स्ट्रीम को ठंडा और संघनित किया जा सकता है। बॉटम्स पुनर्वाष्पित्र भाप से गर्म या गर्म तेल से गर्म किया जाने वाला [[ उष्मा का आदान प्रदान करने वाला |ताप विनिमयक]], या यहां तक कि गैस या तेल से चलने वाली भट्टी भी हो सकता है। | ||
सतत आसवन में, | सतत आसवन में, सिस्टम को [[स्थिर अवस्था]] या लगभग स्थिर अवस्था में रखा जाता है। स्थिर अवस्था का अर्थ है कि प्रक्रिया से संबंधित मात्राएँ ऑपरेशन के दौरान समय बीतने के साथ नहीं बदलती हैं। ऐसी स्थिर मात्राओं में फ़ीड इनपुट दर, निर्गम धारा दर, हीटिंग और कूलिंग दर, [[भाटा|रिफ्लक्स]] अनुपात, और हर बिंदु (स्थान) पर [[तापमान]], दबाव और संरचनाएं सम्मिलित हैं। जब तक फ़ीड, तापन, परिवेश के तापमान या संघनन में परिवर्तन के कारण प्रक्रिया बाधित न हो, तब तक स्थिर स्थिति सामान्य रूप से बनी रहती है। न्यूनतम मात्रा में (आसानी से साधन योग्य) निगरानी के अलावा, यह सतत आसवन का मुख्य आकर्षण भी है; यदि फ़ीड दर और फ़ीड संरचना को स्थिर रखा जाता है, तो उत्पाद की दर और ''गुणवत्ता'' भी स्थिर रहती है। स्थितियों में भिन्नता होने पर भी, आधुनिक [[प्रक्रिया नियंत्रण]] विधियां आमतौर पर सतत प्रक्रिया को धीरे-धीरे एक और स्थिर स्थिति में वापस लाने में सक्षम होती हैं। | ||
चूंकि एक सतत आसवन इकाई को लगातार एक फ़ीड मिश्रण के साथ खिलाया जाता है और एक बैच आसवन की तरह एक ही बार में नहीं भरा जाता है, इसलिए सतत आसवन इकाई को एक बैच भरने के लिए एक बड़े आसवन बर्तन, बर्तन या जलाशय की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, मिश्रण को सीधे कॉलम में डाला जा सकता है, जहां वास्तविक पृथक्करण होता है। कॉलम के साथ फ़ीड बिंदु की ऊंचाई स्थिति के आधार पर भिन्न-भिन्न हो सकती है और इसे इष्टतम परिणाम प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। मैककेबे-थिएल विधि देखें। | |||
सतत आसवन | सतत आसवन प्रायः आंशिक आसवन होता है और यह [[निर्वात आसवन]] या [[भाप आसवन]] हो सकता है। | ||
==डिज़ाइन और संचालन== | ==डिज़ाइन और संचालन== | ||
आसवन | आसवन कॉलम का डिज़ाइन और संचालन फ़ीड और वांछित उत्पादों पर निर्भर करता है। एक सरल, बाइनरी घटक फ़ीड को देखते हुए, डिजाइन में सहायता के लिए मैककेबे-थीले विधि<ref name=Perry/><ref name="Beychok">{{cite journal|last=Beychok|first= Milton|title=मैककेबे-थिएल आरेख का बीजगणितीय समाधान|journal= Chemical Engineering Progress|date=May 1951}}</ref><ref name="SeaderHenley">{{cite book|author1=Seader, J. D. |author2=Henley, Ernest J.|title=पृथक्करण प्रक्रिया सिद्धांत|publisher=Wiley| location=New York|year=1998|isbn=0-471-58626-9}}</ref> या फेंस्के समीकरण<ref name=Perry/> जैसी विश्लेषणात्मक विधियों का उपयोग किया जा सकता है। बहु-घटक फ़ीड के लिए, कम्प्यूटरीकृत [[सिमुलेशन]] मॉडल का उपयोग डिजाइन और उसके बाद कॉलम के संचालन दोनों के लिए किया जाता है। मॉडलिंग का उपयोग उन मिश्रणों के आसवन के लिए पहले से ही खड़े स्तंभों को अनुकूलित करने के लिए भी किया जाता है जिनके लिए आसवन उपकरण मूल रूप से डिज़ाइन किया गया था। | ||
जब एक सतत आसवन स्तंभ चालू होता है, तो फ़ीड संरचना, ऑपरेटिंग तापमान और उत्पाद संरचना में | जब एक सतत आसवन स्तंभ चालू होता है, तो फ़ीड संरचना, ऑपरेटिंग तापमान और उत्पाद संरचना में बदलाव के लिए इसकी बारीकी से निगरानी की जानी चाहिए। इनमें से कई कार्य उन्नत कंप्यूटर नियंत्रण उपकरण का उपयोग करके निष्पादित किए जाते हैं। | ||
===कॉलम फ़ीड=== | ===कॉलम फ़ीड=== | ||
कॉलम को | कॉलम को भिन्न-भिन्न तरीके से फीड किया जा सकता है। यदि फ़ीड आसवन स्तंभ के दबाव से अधिक दबाव वाले स्रोत से है, तो इसे केवल स्तंभ में पाइप किया जाता है। अन्यथा, फ़ीड को पंप किया जाता है या कॉलम में संपीड़ित किया जाता है। फ़ीड एक [[ अत्यधिक गरम होना |अत्यधिक गरम वाष्प]], एक संतृप्त वाष्प, आंशिक रूप से वाष्पीकृत तरल-वाष्प मिश्रण, किसी संतृप्त तरल (अर्थात, स्तंभ के दबाव पर अपने क्वथनांक पर तरल), या एक उप-ठंडा तरल हो सकता है। यदि फीड का दबाव कॉलम दबाव से बहुत अधिक हो और कॉलम के सामने केवल दबाव लेट-डाउन वाल्व के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो यह शीघ्र विस्तारित हो जाएगा और आंशिक [[फ़्लैश वाष्पीकरण]] का अनुभव करेगा, जिससे यह वाष्प-तरल मिश्रण बन जाता है, क्योंकि यह वाष्पीकरण कॉलम में प्रवेश करता है। | ||
=== | ===पृथक्करण में संशोधन=== | ||
[[Image:Continuous Fractional Distillation.PNG|right|thumb|300px|छवि 4: सतत | [[Image:Continuous Fractional Distillation.PNG|right|thumb|300px|छवि 4: सतत प्रभाजी आसवन टॉवर का सरलीकृत रासायनिक इंजीनियरिंग योजनाबद्ध फ़ीड मिश्रण धारा को चार आसवन और निचले प्रभाज में पृथक करता है]]हालाँकि छोटे आकार की इकाइयाँ, जो ज्यादातर कांच से बनी होती हैं, प्रयोगशालाओं में उपयोग की जा सकती हैं, औद्योगिक इकाइयाँ बड़े, ऊर्ध्वाधर, स्टील के बर्तन हैं (चित्र 1 और 2 देखें) जिन्हें "आसवन टावर" या "आसवन स्तंभ" के रूप में जाना जाता है। पृथक्करण को बेहतर बनाने के लिए, टॉवर को आम तौर पर क्षैतिज प्लेटों या ट्रे के साथ प्रदान किया जाता है जैसा कि छवि 5 में दिखाया गया है, या कॉलम को पैकिंग सामग्री के साथ पैक किया गया है। आसवन में सम्मिलित वाष्पीकरण के लिए आवश्यक गरमी प्रदान करने और गरमी हानि का मौजूदा करने के लिए, गरमी को सबसे अधिक कॉलम के नीचे ''पुनर्वाष्पित्र'' द्वारा जोड़ी जाती है, और शीर्ष उत्पाद की शुद्धता को कुछ बाह्य शीर्ष उत्पाद तरल को रिफ्लक्स के रूप में पुनः सूचीत करके बेहतर बनाया जा सकता है। उनके उद्देश्य के आधार पर, आसवन कॉलमों में कॉलम की लंबाई के बीच इंटरवल में तरल निकास बिंदु हो सकते हैं, जैसा कि छवि 4 में दिखाया गया है। | ||
==== | ====रिफ्लक्स ==== | ||
बड़े पैमाने पर औद्योगिक | बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रभाजन टावर उत्पादों के अधिक कुशल पृथक्करण को प्राप्त करने के लिए रिफ्लक्स का उपयोग करते हैं।<ref name=Kister/><ref name=Perry/> रिफ्लक्स एक आसवन टॉवर से संघनित ओवरहेड तरल उत्पाद के हिस्से को संदर्भित करता है जो टॉवर के ऊपरी भाग में वापस आ जाता है जैसा कि चित्र 3 और 4 में दिखाया गया है। टावर के अंदर, नीचे की ओर बहने वाला रिफ्लक्स तरल ऊपर की ओर बहने वाले वाष्प को ठंडा और आंशिक संघनन प्रदान करता है, जिससे आसवन टावर की प्रभावशीलता बढ़ जाती है। जितना अधिक रिफ्लक्स प्रदान किया जाता है, टावर द्वारा फ़ीड के उच्च क्वथनांक वाले घटकों को कम क्वथनांक से भिन्न करना उतना ही बेहतर होता है। स्तंभ के निचले भाग में पुनर्वाष्पित्र के साथ हीटिंग का संतुलन और स्तंभ के शीर्ष पर संघनित रिफ्लक्स द्वारा ठंडा करने से फ़ीड मिश्रण को विभाजित करने के लिए अच्छी स्थिति प्रदान करने के लिए स्तंभ की ऊंचाई के साथ तापमान ढाल (या क्रमिक तापमान अंतर) बनाए रखा जाता है। टॉवर के बीच की ओर जाने वाली रिफ्लक्स फ्लो पंपाराउंड्स कहलाते हैं। | ||
रिफ्लक्स को बदलने (फ़ीड और उत्पाद निकासी में परिवर्तन के साथ संयोजन में) का उपयोग ऑपरेशन के दौरान | रिफ्लक्स को बदलने (फ़ीड और उत्पाद निकासी में परिवर्तन के साथ संयोजन में) का उपयोग ऑपरेशन के दौरान सतत आसवन कॉलम के पृथक्करण गुणों को बेहतर बनाने के लिए भी किया जा सकता है (यह बिना सेट या ट्रे को जोड़ने, या पैकिंग को बदलने के विपरीत, न्यूनतम में बहुत अधिक समय बंद होने की आवश्यकता होगी)। | ||
==== | ====प्लेट या ट्रे==== | ||
[[Image:Tray Distillation Tower.PNG|frame|right|छवि 5: बबल-कैप ट्रे के साथ बाइनरी | [[Image:Tray Distillation Tower.PNG|frame|right|छवि 5: बबल-कैप ट्रे के साथ बाइनरी प्रभाजी आसवन टॉवर का अनुप्रस्थ काट आरेख। (विस्तारित ट्रे छवि के लिए [[सैद्धांतिक प्लेट]] देखें।)]]आसवन टावर (जैसे चित्र 3 और 4 में) [[संतुलन चरण|संतुलन चरणों]] की आवश्यक संख्या प्रदान करने के लिए विभिन्न वाष्प और तरल संपर्क विधियों का उपयोग करते हैं। ऐसे उपकरणों को सामान्यतः "प्लेट्स" या "ट्रे" के रूप में जाना जाता है।<ref>[http://www.raschig.de/index.php?node=248&lang=en&/~=cba154cbef17524157369f60207d48d7 Photographs of bubble cap and other tray types] (Website of Raschig Gmbh)</ref> इनमें से प्रत्येक प्लेट या ट्रे भिन्न-भिन्न तापमान और दबाव पर होती है। टावर के निचले भाग के स्टेज पर दबाव और तापमान सबसे अधिक होता है। टॉवर में ऊपर की ओर बढ़ने पर, प्रत्येक अगले चरण के लिए दबाव और तापमान कम हो जाता है। टावर में प्रत्येक फ़ीड घटक के लिए वाष्प-तरल संतुलन प्रत्येक चरण में भिन्न-भिन्न दबाव और तापमान स्थितियों पर अपने अनूठे तरीके से प्रतिक्रिया करता है। इसका अर्थ है कि प्रत्येक घटक प्रत्येक चरण में वाष्प और तरल चरणों में एक भिन्न एकाग्रता स्थापित करता है, और इसके परिणामस्वरूप घटक पृथक हो जाते हैं। कुछ उदाहरण ट्रे छवि 5 में दर्शाए गए हैं। दो ट्रे की अधिक विस्तृत, विस्तारित छवि सैद्धांतिक प्लेट लेख में देखी जा सकती है। पुनर्वाष्पित्र प्रायः एक अतिरिक्त संतुलन चरण के रूप में कार्य करता है। | ||
यदि प्रत्येक भौतिक ट्रे या प्लेट 100% कुशल थी, तो किसी दिए गए | यदि प्रत्येक भौतिक ट्रे या प्लेट 100% कुशल थी, तो किसी दिए गए अलगाव के लिए आवश्यक भौतिक ट्रे की संख्या संतुलन चरणों या सैद्धांतिक प्लेटों की संख्या के बराबर होगी। हालाँकि, ऐसा बहुत कम ही होता है। इसलिए, एक आसवन स्तंभ को सैद्धांतिक वाष्प-तरल संतुलन चरणों की आवश्यक संख्या की तुलना में अधिक प्लेटों की आवश्यकता होती है। | ||
====पैकिंग==== | ====पैकिंग==== | ||
आसवन कॉलम में पृथक्करण | आसवन कॉलम में पृथक्करण में सुधार करने का एक अन्य तरीका ट्रे के बजाय [[ खचाखच भरे बिस्तर |पैकिंग सामग्री]] का उपयोग करना है। ये पूरे कॉलम में (प्लेटों या ट्रे की तुलना में) कम दबाव ड्रॉप का लाभ प्रदान करते हैं, जो वैक्यूम के तहत काम करते समय फायदेमंद होता है। यदि कोई आसवन टावर ट्रे के बजाय पैकिंग का उपयोग करता है, तो पहले आवश्यक सैद्धांतिक संतुलन चरणों की संख्या निर्धारित की जाती है और फिर सैद्धांतिक संतुलन चरण के बराबर पैकिंग ऊंचाई, जिसे ''सैद्धांतिक प्लेट के समतुल्य ऊँचाई'' (एचईटीपी) के रूप में जाना जाता है, भी निर्धारित की जाती है। आवश्यक कुल पैकिंग ऊंचाई HETP द्वारा गुणा किए गए सैद्धांतिक चरणों की संख्या है। | ||
यह पैकिंग सामग्री या तो | यह पैकिंग सामग्री या तो रैंडम डंप्ड पैकिंग हो सकती है जैसे कि [[रस्चिग अंगूठी|राशिग रिंग्स]] या संरचित शीट मेटल हो सकती है। तरल पदार्थ पैकिंग की सतह को गीला कर देते हैं और वाष्प इस गीली सतह से होकर गुजरते हैं, जहां बड़े पैमाने पर स्थानांतरण होता है। पारंपरिक ट्रे आसवन के विपरीत, जिसमें प्रत्येक ट्रे वाष्प-तरल संतुलन के एक भिन्न बिंदु का प्रतिनिधित्व करती है, पैक किए गए कॉलम में वाष्प-तरल संतुलन वक्र सतत होता है। हालाँकि, जब पैक्ड कॉलम की मॉडलिंग की जाती है, तो अधिक पारंपरिक ट्रे के संबंध में पैक्ड कॉलम की पृथक्करण दक्षता को दर्शाने के लिए कई सैद्धांतिक प्लेटों की गणना करना उपयोगी होता है। भिन्न-भिन्न आकार की पैकिंग में भिन्न-भिन्न सतह क्षेत्र होते हैं और पैकिंग के बीच रिक्त स्थान होता है। ये दोनों कारक पैकिंग निष्पादन को प्रभावित करते हैं। | ||
पैकिंग आकार और सतह क्षेत्र के अलावा एक | यादृच्छिक या [[संरचित पैकिंग]] की प्रदर्शन पर पैकिंग की आकार और सतह क्षेत्र के अलावा एक और कारक होता है, जो पैक किये गए बेड में प्रवेश करने वाले तरल और वाष्प का वितरण होता है। किसी दिए गए पृथक्करण को करने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक चरणों की संख्या की गणना एक विशिष्ट वाष्प से तरल अनुपात का उपयोग करके की जाती है। यदि पैक्ड बेड में प्रवेश करते समय सतही टॉवर क्षेत्र में तरल और वाष्प समान रूप से वितरित नहीं होते हैं, तो पैक्ड बेड में तरल और वाष्प का अनुपात सही नहीं होगा और आवश्यक पृथक्करण प्राप्त नहीं किया जाएगा। ऐसा प्रतीत होगा कि पैकिंग ठीक से काम नहीं कर रही है। ''सैद्धांतिक प्लेट के समतुल्य ऊँचाई'' (एचईटीपी) अपेक्षा से अधिक होगी। समस्या स्वयं पैकिंग नहीं है बल्कि पैक बिस्तर में प्रवेश करने वाले तरल पदार्थों का गलत वितरण है। वाष्प की तुलना में तरल पदार्थ का गलत वितरण अधिक आम समस्या है। पैक किए गए बिस्तर में फ़ीड और रिफ्लक्स को पेश करने के लिए उपयोग किए जाने वाले तरल वितरकों का डिज़ाइन पैकिंग को अधिकतम दक्षता पर निष्पादित करने के लिए महत्वपूर्ण है। किसी तरल वितरक की प्रभावशीलता के मूल्यांकन के तरीके संदर्भों में पाए जा सकते हैं।<ref name="Moore">''Random Packing, Vapor and Liquid Distribution: Liquid and gas distribution in commercial packed towers'', Moore, F., Rukovena, F., Chemical Plants & Processing, Edition Europe, August 1987, p. 11-15</ref><ref name="Spiegel">''Structured Packing, Liquid Distribution: A new method to assess liquid distributor quality'', Spiegel, L., Chemical Engineering and Processing 45 (2006), p. 1011-1017</ref> | ||
===ओवरहेड प्रणाली की व्यवस्था=== | |||
छवियाँ 4 और 5 एक ओवरहेड स्ट्रीम मानती हैं जो पानी या वायु-शीतलन का उपयोग करके पूरी तरह से एक तरल उत्पाद में संघनित हो जाती है। हालाँकि, कई मामलों में, टॉवर ओवरहेड आसानी से पूरी तरह से संघनित नहीं होता है और रिफ्लक्स ड्रम में वेंट [[गैस]] आउटलेट स्ट्रीम सम्मिलित होनी चाहिए। अन्य मामलों में, ओवरहेड स्ट्रीम में जल वाष्प भी हो सकता है क्योंकि या तो फ़ीड स्ट्रीम में कुछ पानी होता है या कुछ भाप को आसवन टॉवर में इंजेक्ट किया जाता है (जो कि तेल परिशोधनशालाओं में कच्चे तेल के आसवन टावरों में होता है)। इन मामलों में, यदि आसवन उत्पाद पानी में अविलंबनीय है, तो रिफ्लक्स ड्रम में एक शीतलित तरल आसवन चरण, एक शीतलित पानी चरण और एक शीतलित गैस चरण हो सकता है, इससे यह आवश्यक होता है कि रिफ्लक्स ड्रम में एक पानी निकास धारा भी हो। | |||
===ओवरहेड | |||
छवियाँ 4 और 5 एक ओवरहेड स्ट्रीम मानती हैं जो पानी या वायु-शीतलन का उपयोग करके पूरी तरह से एक तरल उत्पाद में संघनित | |||
==बहुघटक आसवन== | ==बहुघटक आसवन== | ||
आंशिक आसवन के अलावा, जिसका उपयोग मुख्य रूप से कच्चे तेल के शोधन के लिए किया जाता है, बहुघटक मिश्रण को आम तौर पर आसवन स्तंभों की एक श्रृंखला, यानी आसवन ट्रेन के माध्यम से अपने एकल घटकों को शुद्ध करने के लिए संसाधित किया जाता है। | |||
===आसवन ट्रेन=== | ===आसवन ट्रेन=== | ||
आसवन ट्रेन को श्रृंखला में या समानांतर में व्यवस्थित आसवन स्तंभों के अनुक्रम द्वारा परिभाषित किया गया है जिसका उद्देश्य बहुघटक मिश्रण शुद्धिकरण है। | |||
===प्रक्रिया तीव्र करने वाले विकल्प=== | ===प्रक्रिया तीव्र करने वाले विकल्प=== | ||
डिवाइडिंग वॉल कॉलम इकाई आसवन से संबंधित सबसे | '''डिवाइडिंग वॉल कॉलम''' इकाई आसवन से संबंधित सबसे सामान्य प्रक्रिया-गहन इकाई है। विशेष रूप से, यह पेट्ल्युक कॉन्फ़िगरेशन<ref name="Kiss 2013">{{cite book |last1=Kiss |first1=Anton Alexandru |title=Advanced distillation technologies : design, control, and applications |date=2013 |isbn=9781119993612}}</ref> के एकल स्तंभ शेल में व्यवस्था है जो थर्मोडायनामिक रूप से समकक्ष साबित हुई है।<ref>{{cite journal |last1=Madenoor Ramapriya |first1=Gautham |last2=Tawarmalani |first2=Mohit |last3=Agrawal |first3=Rakesh |title=Thermal coupling links to liquid-only transfer streams: A path for new dividing wall columns |journal=AIChE Journal |date=August 2014 |volume=60 |issue=8 |pages=2949–2961 |doi=10.1002/aic.14468}}</ref> | ||
==उदाहरण== | |||
== | ===कच्चे तेल का '''सतत''' आसवन=== | ||
[[पेट्रोलियम]] कच्चे तेलों में सैकड़ों विभिन्न हाइड्रोकार्बन यौगिक सम्मिलित होते हैं: [[ एल्केन |पैराफिन]], [[नैफ्थीन]], और [[खुशबूदार|आरोमैटिक्स]] के साथ ही साथ कार्बन द्रावणिक यौगिक, आर्गेनिक नाइट्रोजन यौगिक, और [[फिनोल]] जैसे कुछ [[ऑक्सीजन]]-युक्त हाइड्रोकार्बन भी होते हैं। हालांकि कच्चे तेलों में आमतौर पर [[ओलेफ़िन]] सम्मिलित नहीं होते, वे पेट्रोलियम रिफाइनरी में प्रयुक्त कई प्रक्रियाओं में बनते हैं।<ref name="Gary">{{cite book|author1=Gary, J.H. |author2=Handwerk, G.E.|title=पेट्रोलियम शोधन प्रौद्योगिकी और अर्थशास्त्र|edition=2nd|publisher=Marcel Dekker, Inc.|year=1984|isbn=0-8247-7150-8}}</ref> | |||
कच्चे तेल का फ्रैक्शनेटर एकल क्वथनांक वाले उत्पादों का उत्पादन नहीं करता है; बल्कि, यह क्वथनांक वाले प्रभाज उत्पन्न करता है।<ref name="Gary" /><ref>{{cite book|author=Nelson, W.L.|title=पेट्रोलियम रिफाइनरी इंजीनियरिंग|edition=4th|publisher=McGraw Hill|year=1958|lccn=57010913}}</ref> उदाहरण के लिए, कच्चे तेल का फ्रैक्शनेटर एक ऊपरी श्रेणी उत्पन्न करता है, जिसे "नैफ्था" कहा जाता है, और इसे [[ गंधक |गंधक]] को हटाने के लिए कैटलिटिक [[हाइड्रोडीसल्फराइज़र]] के माध्यम से और उसके हाइड्रोकार्बन [[अणु|अणुओं]] को एक अधिक ऊंचा [[ऑक्टेन रेटिंग]] मूलक मोलेक्यूल्स में रिफॉर्म करने के लिए कैटलिटिक रिफॉर्मर के माध्यम से और एक गैसोलीन घटक बन जाता है। | |||
नेफ्था कट, जैसा कि | नेफ्था कट, जैसा कि प्रभाज कहा जाता है, में कई भिन्न-भिन्न हाइड्रोकार्बन यौगिक होते हैं। इसलिए, इसका प्रारंभिक क्वथनांक लगभग 35°C और अंतिम क्वथनांक लगभग 200°C होता है। फ़्रैक्शनिंग कॉलम में उत्पादित प्रत्येक कट की उबलने की सीमा भिन्न-भिन्न होती है। ओवरहेड के नीचे कुछ दूरी पर, अगला कट कॉलम के किनारे से निकाला जाता है और यह आमतौर पर जेट ईंधन कट होता है, जिसे [[मिट्टी का तेल|केरोसिन]] कट भी कहा जाता है। उस कट की क्वथनांक सीमा लगभग 150 °C के प्रारंभिक क्वथनांक से लेकर लगभग 270 °C के अंतिम क्वथनांक तक है, और इसमें कई भिन्न-भिन्न हाइड्रोकार्बन भी सम्मिलित हैं। टावर के नीचे अगला कट [[डीजल तेल]] का कट है, जिसका क्वथनांक लगभग 180 °C से लेकर लगभग 315 °C तक होता है। किसी भी कट और अगले कट के बीच क्वथनांक ओवरलैप होता है क्योंकि आसवन पृथक्करण पूरी तरह से तेज नहीं होते हैं। इनके बाद भारी ईंधन तेल में कटौती और अंत में बहुत विस्तृत उबलने की सीमा के साथ बॉटम उत्पाद आते हैं। इन सभी कटौती को बाद की शोधन प्रक्रियाओं में संसाधित किया जाता है। | ||
===भांग सांद्रण का | ===कैनेबिस (भांग) सांद्रण का सतत आसवन === | ||
कैनेबिस के सांद्रण के आसवन के लिए एक विशिष्ट अनुप्रयोग ब्यूटेन हैश ऑयल (बीएचओ) है। कम [[निवास समय]] के कारण लघु पथ आसवन एक लोकप्रिय विधि है जो सांद्रण पर न्यूनतम तापीय तनाव की अनुमति देता है। अन्य आसवन विधियों जैसे कि परिसंचरण, [[ गिरती हुई फिल्म बाष्पीकरणकर्ता |फॉलिंग फिल्म]] और स्तंभ आसवन में लंबे समय तक रहने और उच्च तापमान के कारण सांद्रण क्षतिग्रस्त हो जाएगा, जिसे लागू करना होगा। | |||
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सतत आसवन, आसवन का एक रूप, सतत पृथक्करण होता है जिसमें किसी मिश्रण को लगातार (बिना किसी रुकावट के) प्रक्रिया में डाला जाता है और अलग किए गए प्रभाजों (फ्रैक्शंस) को निर्गम धारा (आउटपुट स्ट्रीम) के रूप में लगातार हटा दिया जाता है। आसवन किसी तरल फ़ीड मिश्रण को चयनात्मक उबालने (या वाष्पीकरण) और संक्षेपण द्वारा घटकों या प्रभाजों में पृथक करना या आंशिक रूप से पृथक करना है। यह प्रक्रिया कम से कम दो निर्गम प्रभाज उत्पन्न करती है। इन प्रभाजों में कम से कम एक वाष्पशील आसुत प्रभाज सम्मिलित होता है, जिसमें उबाल आया है और तरल में संघनित वाष्प के रूप में कैप्चर किया गया है, और प्रायः हमेशा एक बॉटम (या रिजिड्यूम (शेष)) प्रभाज सम्मिलित है, जो सबसे कम वाष्पशील अवशेष है जिसे स्वतंत्र रूप से शीतल वाष्प के रूप में कैप्चर नहीं किया गया है।
सतत आसवन का एक विकल्प बैच आसवन होता है, जहां आसवन की शुरुआत में मिश्रण को इकाई में जोड़कर, आसवन के दौरान समय (एक के बाद एक) में आसुत प्रभाजों को क्रमशः बाहर निकाला जाता है, और शेष निचले प्रभाज को अंत में हटा दिया जाता है। क्योंकि प्रत्येक आसुत प्रभाज को भिन्न-भिन्न समय पर बाहर निकाला जाता है, इसलिए एक बैच आसवन के लिए केवल एक आसवन निकास बिंदु (स्थान) की आवश्यकता होती है और आसुत केवल एक अतिरिक्त रिसीवर, एक प्रभाज-संग्रहण कंटेनर में परिवर्तित किया जा सकता है। बैच आसवन का उपयोग प्रायः तब किया जाता है जब छोटी मात्रा आसवित होती है। सतत आसवन में, प्रत्येक प्रभाज धारा को पूरे संचालन के दौरान एक साथ लिया जाता है; इसलिए, प्रत्येक प्रभाज के लिए एक भिन्न निकास बिंदु की आवश्यकता होती है। व्यवहार में जब कई आसुत प्रभाज होते हैं, तो आसुत निकास बिंदु एक अंशांकन स्तंभ पर विभिन्न ऊंचाइयों पर स्थित होते हैं। निचला प्रभाज आसवन स्तंभ या इकाई के नीचे से लिया जा सकता है, लेकिन प्रायः इसे स्तंभ के निचले भाग से जुड़े पुनर्वाष्पित्र से लिया जाता है।
प्रत्येक प्रभाज में एक या एक से अधिक घटक (रासायनिक यौगिकों के प्रकार) हो सकते हैं। कच्चे तेल या एक समान फीडस्टॉक को आसवित करते समय, प्रत्येक प्रभाज में समान अस्थिरता और अन्य गुणों के कई घटक होते हैं। यद्यपि छोटे पैमाने पर या प्रयोगशाला में सतत आसवन चलाना संभव है, प्रायः सतत आसवन का उपयोग बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रिया में किया जाता है।
औद्योगिक अनुप्रयोग
आसवन एक रासायनिक इंजीनियरिंग का एक इकाई कार्य है।[1][2] सतत आसुत का व्यापक उपयोग रासायनिक प्रक्रिया उद्योगों में उपयोग किया जाता है जहां बड़ी मात्रा में तरल पदार्थों को आसवित करना होता है।[3][4][5] ऐसे उद्योग में प्राकृतिक गैस प्रसंस्करण, पेट्रोकेमिकल उत्पादन, कोयला टार प्रसंस्करण, शराब उत्पादन, तरलीकृत वायु पृथक्करण, हाइड्रोकार्बन विलायक उत्पादन, कैनाबिनोइड पृथक्करण और इसी तरह के उद्योग सम्मिलित हैं, लेकिन इसका सबसे व्यापक अनुप्रयोग पेट्रोलियम परिशोधनशालाओं (रिफाइनरियों) में होता है। इस तरह की परिशोधनशालाओं में, कच्चे तेल फीडस्टॉक एक बहुत ही जटिल आसवन मिश्रण होता है जिसे विभाजित किया जाना चाहिए और पूरे रासायनिक यौगिकों के योग्यता की उम्मीद नहीं होती, केवल क्वथनांक की अपेक्षाकृत छोटी सीमा के भीतर यौगिकों के समूह होते हैं, जिन्हें प्रभाज कहा जाता है। ये प्रभाज प्रभाजी आसवन या प्रभाजन शब्द की उत्पत्ति हैं। उत्पाद आवश्यकताओं और अर्थशास्त्र के आधार पर इन प्रभाजों में घटकों को भिन्न करना प्रायः सार्थक नहीं होता है।
औद्योगिक आसवन आम तौर पर बड़े, ऊर्ध्वाधर बेलनाकार स्तंभों (जैसा कि चित्र 1 और 2 में दिखाया गया है) में किया जाता है, जिन्हें "आसवन टॉवर" या "आसवन स्तंभ" के रूप में जाना जाता है, जिनका व्यास लगभग 65 सेंटीमीटर से 11 मीटर तक होता है और ऊंचाई लगभग 6 मीटर से 60 मीटर या उससे अधिक होती है।
सिद्धांत
सतत आसवन के लिए सिद्धांत वास्तविक आसवन के लिए वही है: जब एक तरल मिश्रण को गर्म किया जाता है ताकि वह उबल जाए, तो तरल के ऊपर वाष्प की आवयव सामाग्री तरल संघटन से भिन्न होती है। यदि इस वाष्प को भिन्न किया जाता है और एक तरल में संघनित किया जाता है, तो यह मूल मिश्रण के निचले क्वथनांक वाले घटकों में अधिक समृद्ध हो जाता है।
सतत आसवन स्तंभ में यही होता है। एक मिश्रण को गर्म किया जाता है, और आसवन स्तंभ में भेजा जाता है। कॉलम में प्रवेश करने पर, फ़ीड नीचे की ओर बहने लगती है लेकिन इसका कुछ हिस्सा, कम क्वथनांक वाले घटक वाष्पीकृत हो जाते हैं और ऊपर उठ जाते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे यह ऊपर उठता है, यह ठंडा हो जाता है और जबकि इसका कुछ भाग वाष्प के रूप में ऊपर रहता है, इसका कुछ भाग (कम अस्थिर घटक से समृद्ध) फिर से नीचे आना शुरू हो जाता है।
छवि 3 में एक फ़ीड स्ट्रीम को दो प्रभाजों, एक ओवरहेड डिस्टिलेट उत्पाद और एक बॉटम्स उत्पाद में भिन्न करने के लिए एक सरल सतत प्रभाजी आसवन टावर को दर्शाया गया है। "सबसे हल्के" उत्पाद (सबसे कम क्वथनांक या उच्चतम अस्थिरता वाले) कॉलम के शीर्ष से बाहर निकलते हैं और "सबसे भारी" उत्पाद (सबसे निचले, सबसे अधिक क्वथनांक वाले) कॉलम के नीचे से बाहर निकलते हैं। जल-ठंडा या वायु-ठंडा कंडेनसर का उपयोग करके ओवरहेड स्ट्रीम को ठंडा और संघनित किया जा सकता है। बॉटम्स पुनर्वाष्पित्र भाप से गर्म या गर्म तेल से गर्म किया जाने वाला ताप विनिमयक, या यहां तक कि गैस या तेल से चलने वाली भट्टी भी हो सकता है।
सतत आसवन में, सिस्टम को स्थिर अवस्था या लगभग स्थिर अवस्था में रखा जाता है। स्थिर अवस्था का अर्थ है कि प्रक्रिया से संबंधित मात्राएँ ऑपरेशन के दौरान समय बीतने के साथ नहीं बदलती हैं। ऐसी स्थिर मात्राओं में फ़ीड इनपुट दर, निर्गम धारा दर, हीटिंग और कूलिंग दर, रिफ्लक्स अनुपात, और हर बिंदु (स्थान) पर तापमान, दबाव और संरचनाएं सम्मिलित हैं। जब तक फ़ीड, तापन, परिवेश के तापमान या संघनन में परिवर्तन के कारण प्रक्रिया बाधित न हो, तब तक स्थिर स्थिति सामान्य रूप से बनी रहती है। न्यूनतम मात्रा में (आसानी से साधन योग्य) निगरानी के अलावा, यह सतत आसवन का मुख्य आकर्षण भी है; यदि फ़ीड दर और फ़ीड संरचना को स्थिर रखा जाता है, तो उत्पाद की दर और गुणवत्ता भी स्थिर रहती है। स्थितियों में भिन्नता होने पर भी, आधुनिक प्रक्रिया नियंत्रण विधियां आमतौर पर सतत प्रक्रिया को धीरे-धीरे एक और स्थिर स्थिति में वापस लाने में सक्षम होती हैं।
चूंकि एक सतत आसवन इकाई को लगातार एक फ़ीड मिश्रण के साथ खिलाया जाता है और एक बैच आसवन की तरह एक ही बार में नहीं भरा जाता है, इसलिए सतत आसवन इकाई को एक बैच भरने के लिए एक बड़े आसवन बर्तन, बर्तन या जलाशय की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, मिश्रण को सीधे कॉलम में डाला जा सकता है, जहां वास्तविक पृथक्करण होता है। कॉलम के साथ फ़ीड बिंदु की ऊंचाई स्थिति के आधार पर भिन्न-भिन्न हो सकती है और इसे इष्टतम परिणाम प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। मैककेबे-थिएल विधि देखें।
सतत आसवन प्रायः आंशिक आसवन होता है और यह निर्वात आसवन या भाप आसवन हो सकता है।
डिज़ाइन और संचालन
आसवन कॉलम का डिज़ाइन और संचालन फ़ीड और वांछित उत्पादों पर निर्भर करता है। एक सरल, बाइनरी घटक फ़ीड को देखते हुए, डिजाइन में सहायता के लिए मैककेबे-थीले विधि[5][6][7] या फेंस्के समीकरण[5] जैसी विश्लेषणात्मक विधियों का उपयोग किया जा सकता है। बहु-घटक फ़ीड के लिए, कम्प्यूटरीकृत सिमुलेशन मॉडल का उपयोग डिजाइन और उसके बाद कॉलम के संचालन दोनों के लिए किया जाता है। मॉडलिंग का उपयोग उन मिश्रणों के आसवन के लिए पहले से ही खड़े स्तंभों को अनुकूलित करने के लिए भी किया जाता है जिनके लिए आसवन उपकरण मूल रूप से डिज़ाइन किया गया था।
जब एक सतत आसवन स्तंभ चालू होता है, तो फ़ीड संरचना, ऑपरेटिंग तापमान और उत्पाद संरचना में बदलाव के लिए इसकी बारीकी से निगरानी की जानी चाहिए। इनमें से कई कार्य उन्नत कंप्यूटर नियंत्रण उपकरण का उपयोग करके निष्पादित किए जाते हैं।
कॉलम फ़ीड
कॉलम को भिन्न-भिन्न तरीके से फीड किया जा सकता है। यदि फ़ीड आसवन स्तंभ के दबाव से अधिक दबाव वाले स्रोत से है, तो इसे केवल स्तंभ में पाइप किया जाता है। अन्यथा, फ़ीड को पंप किया जाता है या कॉलम में संपीड़ित किया जाता है। फ़ीड एक अत्यधिक गरम वाष्प, एक संतृप्त वाष्प, आंशिक रूप से वाष्पीकृत तरल-वाष्प मिश्रण, किसी संतृप्त तरल (अर्थात, स्तंभ के दबाव पर अपने क्वथनांक पर तरल), या एक उप-ठंडा तरल हो सकता है। यदि फीड का दबाव कॉलम दबाव से बहुत अधिक हो और कॉलम के सामने केवल दबाव लेट-डाउन वाल्व के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो यह शीघ्र विस्तारित हो जाएगा और आंशिक फ़्लैश वाष्पीकरण का अनुभव करेगा, जिससे यह वाष्प-तरल मिश्रण बन जाता है, क्योंकि यह वाष्पीकरण कॉलम में प्रवेश करता है।
पृथक्करण में संशोधन
हालाँकि छोटे आकार की इकाइयाँ, जो ज्यादातर कांच से बनी होती हैं, प्रयोगशालाओं में उपयोग की जा सकती हैं, औद्योगिक इकाइयाँ बड़े, ऊर्ध्वाधर, स्टील के बर्तन हैं (चित्र 1 और 2 देखें) जिन्हें "आसवन टावर" या "आसवन स्तंभ" के रूप में जाना जाता है। पृथक्करण को बेहतर बनाने के लिए, टॉवर को आम तौर पर क्षैतिज प्लेटों या ट्रे के साथ प्रदान किया जाता है जैसा कि छवि 5 में दिखाया गया है, या कॉलम को पैकिंग सामग्री के साथ पैक किया गया है। आसवन में सम्मिलित वाष्पीकरण के लिए आवश्यक गरमी प्रदान करने और गरमी हानि का मौजूदा करने के लिए, गरमी को सबसे अधिक कॉलम के नीचे पुनर्वाष्पित्र द्वारा जोड़ी जाती है, और शीर्ष उत्पाद की शुद्धता को कुछ बाह्य शीर्ष उत्पाद तरल को रिफ्लक्स के रूप में पुनः सूचीत करके बेहतर बनाया जा सकता है। उनके उद्देश्य के आधार पर, आसवन कॉलमों में कॉलम की लंबाई के बीच इंटरवल में तरल निकास बिंदु हो सकते हैं, जैसा कि छवि 4 में दिखाया गया है।
रिफ्लक्स
बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रभाजन टावर उत्पादों के अधिक कुशल पृथक्करण को प्राप्त करने के लिए रिफ्लक्स का उपयोग करते हैं।[3][5] रिफ्लक्स एक आसवन टॉवर से संघनित ओवरहेड तरल उत्पाद के हिस्से को संदर्भित करता है जो टॉवर के ऊपरी भाग में वापस आ जाता है जैसा कि चित्र 3 और 4 में दिखाया गया है। टावर के अंदर, नीचे की ओर बहने वाला रिफ्लक्स तरल ऊपर की ओर बहने वाले वाष्प को ठंडा और आंशिक संघनन प्रदान करता है, जिससे आसवन टावर की प्रभावशीलता बढ़ जाती है। जितना अधिक रिफ्लक्स प्रदान किया जाता है, टावर द्वारा फ़ीड के उच्च क्वथनांक वाले घटकों को कम क्वथनांक से भिन्न करना उतना ही बेहतर होता है। स्तंभ के निचले भाग में पुनर्वाष्पित्र के साथ हीटिंग का संतुलन और स्तंभ के शीर्ष पर संघनित रिफ्लक्स द्वारा ठंडा करने से फ़ीड मिश्रण को विभाजित करने के लिए अच्छी स्थिति प्रदान करने के लिए स्तंभ की ऊंचाई के साथ तापमान ढाल (या क्रमिक तापमान अंतर) बनाए रखा जाता है। टॉवर के बीच की ओर जाने वाली रिफ्लक्स फ्लो पंपाराउंड्स कहलाते हैं।
रिफ्लक्स को बदलने (फ़ीड और उत्पाद निकासी में परिवर्तन के साथ संयोजन में) का उपयोग ऑपरेशन के दौरान सतत आसवन कॉलम के पृथक्करण गुणों को बेहतर बनाने के लिए भी किया जा सकता है (यह बिना सेट या ट्रे को जोड़ने, या पैकिंग को बदलने के विपरीत, न्यूनतम में बहुत अधिक समय बंद होने की आवश्यकता होगी)।
प्लेट या ट्रे
आसवन टावर (जैसे चित्र 3 और 4 में) संतुलन चरणों की आवश्यक संख्या प्रदान करने के लिए विभिन्न वाष्प और तरल संपर्क विधियों का उपयोग करते हैं। ऐसे उपकरणों को सामान्यतः "प्लेट्स" या "ट्रे" के रूप में जाना जाता है।[8] इनमें से प्रत्येक प्लेट या ट्रे भिन्न-भिन्न तापमान और दबाव पर होती है। टावर के निचले भाग के स्टेज पर दबाव और तापमान सबसे अधिक होता है। टॉवर में ऊपर की ओर बढ़ने पर, प्रत्येक अगले चरण के लिए दबाव और तापमान कम हो जाता है। टावर में प्रत्येक फ़ीड घटक के लिए वाष्प-तरल संतुलन प्रत्येक चरण में भिन्न-भिन्न दबाव और तापमान स्थितियों पर अपने अनूठे तरीके से प्रतिक्रिया करता है। इसका अर्थ है कि प्रत्येक घटक प्रत्येक चरण में वाष्प और तरल चरणों में एक भिन्न एकाग्रता स्थापित करता है, और इसके परिणामस्वरूप घटक पृथक हो जाते हैं। कुछ उदाहरण ट्रे छवि 5 में दर्शाए गए हैं। दो ट्रे की अधिक विस्तृत, विस्तारित छवि सैद्धांतिक प्लेट लेख में देखी जा सकती है। पुनर्वाष्पित्र प्रायः एक अतिरिक्त संतुलन चरण के रूप में कार्य करता है।
यदि प्रत्येक भौतिक ट्रे या प्लेट 100% कुशल थी, तो किसी दिए गए अलगाव के लिए आवश्यक भौतिक ट्रे की संख्या संतुलन चरणों या सैद्धांतिक प्लेटों की संख्या के बराबर होगी। हालाँकि, ऐसा बहुत कम ही होता है। इसलिए, एक आसवन स्तंभ को सैद्धांतिक वाष्प-तरल संतुलन चरणों की आवश्यक संख्या की तुलना में अधिक प्लेटों की आवश्यकता होती है।
पैकिंग
आसवन कॉलम में पृथक्करण में सुधार करने का एक अन्य तरीका ट्रे के बजाय पैकिंग सामग्री का उपयोग करना है। ये पूरे कॉलम में (प्लेटों या ट्रे की तुलना में) कम दबाव ड्रॉप का लाभ प्रदान करते हैं, जो वैक्यूम के तहत काम करते समय फायदेमंद होता है। यदि कोई आसवन टावर ट्रे के बजाय पैकिंग का उपयोग करता है, तो पहले आवश्यक सैद्धांतिक संतुलन चरणों की संख्या निर्धारित की जाती है और फिर सैद्धांतिक संतुलन चरण के बराबर पैकिंग ऊंचाई, जिसे सैद्धांतिक प्लेट के समतुल्य ऊँचाई (एचईटीपी) के रूप में जाना जाता है, भी निर्धारित की जाती है। आवश्यक कुल पैकिंग ऊंचाई HETP द्वारा गुणा किए गए सैद्धांतिक चरणों की संख्या है।
यह पैकिंग सामग्री या तो रैंडम डंप्ड पैकिंग हो सकती है जैसे कि राशिग रिंग्स या संरचित शीट मेटल हो सकती है। तरल पदार्थ पैकिंग की सतह को गीला कर देते हैं और वाष्प इस गीली सतह से होकर गुजरते हैं, जहां बड़े पैमाने पर स्थानांतरण होता है। पारंपरिक ट्रे आसवन के विपरीत, जिसमें प्रत्येक ट्रे वाष्प-तरल संतुलन के एक भिन्न बिंदु का प्रतिनिधित्व करती है, पैक किए गए कॉलम में वाष्प-तरल संतुलन वक्र सतत होता है। हालाँकि, जब पैक्ड कॉलम की मॉडलिंग की जाती है, तो अधिक पारंपरिक ट्रे के संबंध में पैक्ड कॉलम की पृथक्करण दक्षता को दर्शाने के लिए कई सैद्धांतिक प्लेटों की गणना करना उपयोगी होता है। भिन्न-भिन्न आकार की पैकिंग में भिन्न-भिन्न सतह क्षेत्र होते हैं और पैकिंग के बीच रिक्त स्थान होता है। ये दोनों कारक पैकिंग निष्पादन को प्रभावित करते हैं।
यादृच्छिक या संरचित पैकिंग की प्रदर्शन पर पैकिंग की आकार और सतह क्षेत्र के अलावा एक और कारक होता है, जो पैक किये गए बेड में प्रवेश करने वाले तरल और वाष्प का वितरण होता है। किसी दिए गए पृथक्करण को करने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक चरणों की संख्या की गणना एक विशिष्ट वाष्प से तरल अनुपात का उपयोग करके की जाती है। यदि पैक्ड बेड में प्रवेश करते समय सतही टॉवर क्षेत्र में तरल और वाष्प समान रूप से वितरित नहीं होते हैं, तो पैक्ड बेड में तरल और वाष्प का अनुपात सही नहीं होगा और आवश्यक पृथक्करण प्राप्त नहीं किया जाएगा। ऐसा प्रतीत होगा कि पैकिंग ठीक से काम नहीं कर रही है। सैद्धांतिक प्लेट के समतुल्य ऊँचाई (एचईटीपी) अपेक्षा से अधिक होगी। समस्या स्वयं पैकिंग नहीं है बल्कि पैक बिस्तर में प्रवेश करने वाले तरल पदार्थों का गलत वितरण है। वाष्प की तुलना में तरल पदार्थ का गलत वितरण अधिक आम समस्या है। पैक किए गए बिस्तर में फ़ीड और रिफ्लक्स को पेश करने के लिए उपयोग किए जाने वाले तरल वितरकों का डिज़ाइन पैकिंग को अधिकतम दक्षता पर निष्पादित करने के लिए महत्वपूर्ण है। किसी तरल वितरक की प्रभावशीलता के मूल्यांकन के तरीके संदर्भों में पाए जा सकते हैं।[9][10]
ओवरहेड प्रणाली की व्यवस्था
छवियाँ 4 और 5 एक ओवरहेड स्ट्रीम मानती हैं जो पानी या वायु-शीतलन का उपयोग करके पूरी तरह से एक तरल उत्पाद में संघनित हो जाती है। हालाँकि, कई मामलों में, टॉवर ओवरहेड आसानी से पूरी तरह से संघनित नहीं होता है और रिफ्लक्स ड्रम में वेंट गैस आउटलेट स्ट्रीम सम्मिलित होनी चाहिए। अन्य मामलों में, ओवरहेड स्ट्रीम में जल वाष्प भी हो सकता है क्योंकि या तो फ़ीड स्ट्रीम में कुछ पानी होता है या कुछ भाप को आसवन टॉवर में इंजेक्ट किया जाता है (जो कि तेल परिशोधनशालाओं में कच्चे तेल के आसवन टावरों में होता है)। इन मामलों में, यदि आसवन उत्पाद पानी में अविलंबनीय है, तो रिफ्लक्स ड्रम में एक शीतलित तरल आसवन चरण, एक शीतलित पानी चरण और एक शीतलित गैस चरण हो सकता है, इससे यह आवश्यक होता है कि रिफ्लक्स ड्रम में एक पानी निकास धारा भी हो।
बहुघटक आसवन
आंशिक आसवन के अलावा, जिसका उपयोग मुख्य रूप से कच्चे तेल के शोधन के लिए किया जाता है, बहुघटक मिश्रण को आम तौर पर आसवन स्तंभों की एक श्रृंखला, यानी आसवन ट्रेन के माध्यम से अपने एकल घटकों को शुद्ध करने के लिए संसाधित किया जाता है।
आसवन ट्रेन
आसवन ट्रेन को श्रृंखला में या समानांतर में व्यवस्थित आसवन स्तंभों के अनुक्रम द्वारा परिभाषित किया गया है जिसका उद्देश्य बहुघटक मिश्रण शुद्धिकरण है।
प्रक्रिया तीव्र करने वाले विकल्प
डिवाइडिंग वॉल कॉलम इकाई आसवन से संबंधित सबसे सामान्य प्रक्रिया-गहन इकाई है। विशेष रूप से, यह पेट्ल्युक कॉन्फ़िगरेशन[11] के एकल स्तंभ शेल में व्यवस्था है जो थर्मोडायनामिक रूप से समकक्ष साबित हुई है।[12]
उदाहरण
कच्चे तेल का सतत आसवन
पेट्रोलियम कच्चे तेलों में सैकड़ों विभिन्न हाइड्रोकार्बन यौगिक सम्मिलित होते हैं: पैराफिन, नैफ्थीन, और आरोमैटिक्स के साथ ही साथ कार्बन द्रावणिक यौगिक, आर्गेनिक नाइट्रोजन यौगिक, और फिनोल जैसे कुछ ऑक्सीजन-युक्त हाइड्रोकार्बन भी होते हैं। हालांकि कच्चे तेलों में आमतौर पर ओलेफ़िन सम्मिलित नहीं होते, वे पेट्रोलियम रिफाइनरी में प्रयुक्त कई प्रक्रियाओं में बनते हैं।[13]
कच्चे तेल का फ्रैक्शनेटर एकल क्वथनांक वाले उत्पादों का उत्पादन नहीं करता है; बल्कि, यह क्वथनांक वाले प्रभाज उत्पन्न करता है।[13][14] उदाहरण के लिए, कच्चे तेल का फ्रैक्शनेटर एक ऊपरी श्रेणी उत्पन्न करता है, जिसे "नैफ्था" कहा जाता है, और इसे गंधक को हटाने के लिए कैटलिटिक हाइड्रोडीसल्फराइज़र के माध्यम से और उसके हाइड्रोकार्बन अणुओं को एक अधिक ऊंचा ऑक्टेन रेटिंग मूलक मोलेक्यूल्स में रिफॉर्म करने के लिए कैटलिटिक रिफॉर्मर के माध्यम से और एक गैसोलीन घटक बन जाता है।
नेफ्था कट, जैसा कि प्रभाज कहा जाता है, में कई भिन्न-भिन्न हाइड्रोकार्बन यौगिक होते हैं। इसलिए, इसका प्रारंभिक क्वथनांक लगभग 35°C और अंतिम क्वथनांक लगभग 200°C होता है। फ़्रैक्शनिंग कॉलम में उत्पादित प्रत्येक कट की उबलने की सीमा भिन्न-भिन्न होती है। ओवरहेड के नीचे कुछ दूरी पर, अगला कट कॉलम के किनारे से निकाला जाता है और यह आमतौर पर जेट ईंधन कट होता है, जिसे केरोसिन कट भी कहा जाता है। उस कट की क्वथनांक सीमा लगभग 150 °C के प्रारंभिक क्वथनांक से लेकर लगभग 270 °C के अंतिम क्वथनांक तक है, और इसमें कई भिन्न-भिन्न हाइड्रोकार्बन भी सम्मिलित हैं। टावर के नीचे अगला कट डीजल तेल का कट है, जिसका क्वथनांक लगभग 180 °C से लेकर लगभग 315 °C तक होता है। किसी भी कट और अगले कट के बीच क्वथनांक ओवरलैप होता है क्योंकि आसवन पृथक्करण पूरी तरह से तेज नहीं होते हैं। इनके बाद भारी ईंधन तेल में कटौती और अंत में बहुत विस्तृत उबलने की सीमा के साथ बॉटम उत्पाद आते हैं। इन सभी कटौती को बाद की शोधन प्रक्रियाओं में संसाधित किया जाता है।
कैनेबिस (भांग) सांद्रण का सतत आसवन
कैनेबिस के सांद्रण के आसवन के लिए एक विशिष्ट अनुप्रयोग ब्यूटेन हैश ऑयल (बीएचओ) है। कम निवास समय के कारण लघु पथ आसवन एक लोकप्रिय विधि है जो सांद्रण पर न्यूनतम तापीय तनाव की अनुमति देता है। अन्य आसवन विधियों जैसे कि परिसंचरण, फॉलिंग फिल्म और स्तंभ आसवन में लंबे समय तक रहने और उच्च तापमान के कारण सांद्रण क्षतिग्रस्त हो जाएगा, जिसे लागू करना होगा।
यह भी देखें
- एज़ोट्रोपिक आसवन
- निष्कर्षण आसवन
- प्रभाजन आसवन
- विखंडन स्तंभ
- भाप आसवन
- लघु पथ आसवन
संदर्भ
- ↑ Kroschwitz, Jacqueline I.; Seidel, Arza, eds. (2004). किर्क-ओथमर इनसाइक्लोपीडिया ऑफ केमिकल टेक्नोलॉजी. Vol. 8 (5th ed.). Hoboken, New Jersey: Wiley-Interscience. pp. 739–785. ISBN 0471488100.
- ↑ McCabe, W., Smith, J. and Harriott, P. (2004). Unit Operations of Chemical Engineering (7th ed.). McGraw Hill. ISBN 0-07-284823-5.
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बाहरी संबंध
- Distillation Theory by Ivar J. Halvorsen and Sigurd Skogestad, Norwegian University of Science and Technology, Norway
- Distillation by the Distillation Group, USA
- Distillation Lecture Notes by Prof. Randall M. Price at Christian Brothers University
- Petroleum Distillation by Wayne Pafco
- Distillation simulation software
