ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণ: প্রক্রিয়া প্রবাহ এবং নিম্ন-তাপমাত্রা পাতন

শিল্প গ্যাস পৃথকীকরণে, ক্রায়োজেনিক বায়ু বিচ্ছেদ দীর্ঘ-বড় আকারের অক্সিজেন, নাইট্রোজেন এবং আর্গন উৎপাদনের মূল সমাধান। প্রক্রিয়াটি বায়ুকে ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় শীতল করে এবং স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে উপাদানগুলিকে আলাদা করে, উচ্চ-বিশুদ্ধতা অক্সিজেন, নাইট্রোজেন এবং বিরল গ্যাস প্রদান করে। রাসায়নিক, ধাতুবিদ্যা, ইলেকট্রনিক্স, এবং স্বাস্থ্যসেবা প্রকৌশলীদের জন্য, প্রক্রিয়ার যুক্তি এবং নিম্ন-তাপমাত্রা পৃথকীকরণ নীতিগুলি বোঝা অপরিহার্য-শুধু সরঞ্জাম নির্বাচনের জন্য নয়, কিন্তু কার্যক্ষম দক্ষতা এবং দীর্ঘ-বিশ্বস্ততার জন্য।

শেঞ্জার গ্যাস ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণে বহু বছরের বাস্তব অভিজ্ঞতা সঞ্চয় করেছে। এই নিবন্ধটি শিল্প পেশাদারদের জন্য দরকারী প্রযুক্তিগত রেফারেন্স প্রদানের জন্য প্রকৃত প্রকৌশল অনুশীলনের উপর ভিত্তি করে সাধারণ প্রক্রিয়া প্রবাহ এবং মূল প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে চলে।

মৌলিক নীতি: ফুটন্ত পয়েন্ট দ্বারা শারীরিক বিচ্ছেদ

ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণের পিছনে তত্ত্বটি সোজা। বায়ু প্রধানত নাইট্রোজেন (78.09%), অক্সিজেন (20.95%), আর্গন (0.93%), এছাড়াও CO₂, নিয়ন, হিলিয়াম, ক্রিপ্টন এবং জেনন এর ট্রেস পরিমাণ নিয়ে গঠিত। বায়ুমণ্ডলীয় চাপে, ফুটন্ত পয়েন্টগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে পৃথক হয়:

• নাইট্রোজেন: -195.8 ডিগ্রী

• আর্গন: -185.9 ডিগ্রী

• অক্সিজেন: -183.0 ডিগ্রী

যখন বাতাস -170 ডিগ্রির নিচে ঠান্ডা হয় এবং ধীরে ধীরে তরল হয়, তখন উচ্চতর-ফুটন্ত উপাদানগুলি প্রথমে ঘনীভূত হয়, যখন কম-ফুটন্ত উপাদানগুলি বায়বীয় থাকে। একটি পাতন কলামের ভিতরে বাষ্প-তরল যোগাযোগ এবং তাপ বিনিময়ের মাধ্যমে, হালকা উপাদান (নাইট্রোজেন) উপরে এবং ভারী উপাদান (অক্সিজেন) নীচে ঘনীভূত হয়। এটি ক্রায়োজেনিক পাতন- নীতিগতভাবে পরিবেষ্টিত পাতনের অনুরূপ, ঠিক অনেক কম তাপমাত্রায়।

ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য একটি মূল পথ: ক্রায়োজেনিক বায়ু বিচ্ছেদ পরিস্রাবণ বা শোষণ নয়। এটি ফেজ ভারসাম্যের উপর ভিত্তি করে ক্রমাগত বিচ্ছেদ। ট্রে দক্ষতা, রিফ্লাক্স অনুপাত এবং ঠান্ডা ভারসাম্য সরাসরি পণ্যের বিশুদ্ধতা এবং পুনরুদ্ধারকে প্রভাবিত করে।

সাধারণ প্রক্রিয়া প্রবাহ (নিম্ন-চাপ চক্র)

বর্তমানে সবচেয়ে সাধারণ শিল্প কনফিগারেশন হল নিম্ন-চাপ আণবিক চালনী বিশুদ্ধকরণ বুস্টিং চক্র। এখানে একটি ধাপ-দ্বারা-ধাপে ব্রেকডাউন:

1. এয়ার কম্প্রেশন এবং প্রি-কুলিং

পরিবেষ্টিত বায়ু একটি স্ব-পরিষ্কার ফিল্টারের মধ্য দিয়ে যায়, তারপর একটি কেন্দ্রাতিগ বা অক্ষীয় সংকোচকারীতে প্রবেশ করে, প্রক্রিয়াটির উপর নির্ভর করে 0.5-0.7 MPa-এ পৌঁছায়। সংকুচিত বায়ু প্রায় 100 ডিগ্রী পর্যন্ত উত্তপ্ত হয়, তারপর একটি এয়ার কুলিং বা ওয়াটার কুলিং টাওয়ারে যায়, যেখানে এটি শীতল জলের সাথে তাপ বিনিময় করে, 10-15 ডিগ্রিতে নেমে যায়। এই পদক্ষেপটি ডাউনস্ট্রিম পরিশোধন ব্যবস্থার লোড কমায় এবং আর্দ্রতা বহনকে কম করে।

সাধারণ ইঞ্জিনিয়ারিং সমস্যা: অপর্যাপ্ত প্রি-কুলিং আণবিক চালনী জল বহন এবং ব্যর্থতার কারণ হতে পারে। কুলিং টাওয়ারে কঠোর স্তর নিয়ন্ত্রণ এবং ঠান্ডা জলের প্রবাহ ব্যবস্থাপনা প্রয়োজন।

2. আণবিক চালনী পরিশোধন

আর্দ্রতা, CO₂, অ্যাসিটিলিন এবং কিছু হাইড্রোকার্বন অপসারণের জন্য পূর্ব-ঠান্ডা বাতাস পর্যায়ক্রমে আণবিক চালনী শোষণকারীর মধ্যে প্রবেশ করে। সাধারণ শোষণকারী সংমিশ্রণ হল 13X আণবিক চালনী এবং সক্রিয় অ্যালুমিনা, যা 1 পিপিএম এর নিচে আউটলেট CO₂ কমিয়ে দেয়। দুটি অ্যাডজরবার পর্যায়ক্রমে শোষণ/পুনরুজ্জীবন চক্রে চলে, সাধারণত প্রতি 4-8 ঘন্টা পরপর, উত্তপ্ত পুনর্জন্ম সহ।

ক্ষেত্রের অভিজ্ঞতা দেখায় যে অপর্যাপ্ত পুনর্জন্ম তাপমাত্রা CO₂ ব্রেকথ্রু এবং প্রধান হিট এক্সচেঞ্জার ফাউলিংয়ের একটি ঘন ঘন কারণ{0}}বিশেষত ঠান্ডা আবহাওয়ায় বা যখন কম্প্রেসার বর্জ্য তাপ পুনরুদ্ধার অপর্যাপ্ত হয়।

3. এয়ার কুলিং এবং লিকুইফেকশন

বিশুদ্ধ বায়ু দুটি প্রবাহে বিভক্ত হয়: একটি প্রধান তাপ এক্সচেঞ্জারে যায়, পণ্য নাইট্রোজেন এবং বর্জ্য নাইট্রোজেনকে কাছাকাছি তরলীকরণে (প্রায়. -170 ডিগ্রি থেকে -175 ডিগ্রি) ফিরিয়ে দিয়ে ঠান্ডা হয়; অন্যটি একটি বুস্টার কম্প্রেসারে প্রবেশ করে (যদি কনফিগার করা থাকে), তারপর একটি এক্সপেন্ডারের মাধ্যমে প্রসারিত হয়, প্রধান তাপ এক্সচেঞ্জার এবং পাতন কলামের জন্য হিমায়ন প্রদান করে।

এখানে একটি গুরুত্বপূর্ণ পয়েন্ট: হিমায়ন উৎস। বেশিরভাগ ঠাণ্ডা হয় এক্সপেন্ডারে অ্যাডিয়াব্যাটিক প্রসারণ থেকে, কখনও কখনও থ্রোটল ভালভ থেকে জুল-থমসন প্রভাব দ্বারা পরিপূরক হয়। ঠান্ডা ভারসাম্য স্থিতিশীল অপারেশন ভিত্তি। অত্যধিক ঠান্ডা ক্ষতির ফলে তরলের মাত্রা কমে যায় এবং বিশুদ্ধতা কমে যায়।

4. ক্রায়োজেনিক পাতন

শীতল, কাছাকাছি{0}}তরলীকৃত বায়ু নিম্ন কলামের (চাপ কলাম) নীচে প্রবেশ করে। নিচের কলামটি সাধারণত 0.5–0.6 MPa-এ কাজ করে, চালনী ট্রে বা কাঠামোবদ্ধ প্যাকিং বাষ্প-তরল যোগাযোগ সক্ষম করে। নীচের কলামের ভিতরে, নাইট্রোজেন শীর্ষে ঘনীভূত হয়, উচ্চ-বিশুদ্ধতা গ্যাসীয় নাইট্রোজেন গঠন করে (99.99% এর চেয়ে বড় বা সমান); অক্সিজেন-সমৃদ্ধ তরল নীচের অংশে সংগ্রহ করে, প্রায় 38-40% অক্সিজেন সামগ্রী সহ।

শীর্ষে একটি কনডেন্সার ঠান্ডা উৎস হিসেবে তরল নাইট্রোজেন ব্যবহার করে, ক্রমবর্ধমান নাইট্রোজেন বাষ্পকে রিফ্লাক্স তরলে ঘনীভূত করে। নীচের অক্সিজেন-সমৃদ্ধ তরলটি প্রত্যাহার করা হয়, উপ-ঠাণ্ডা করা হয় এবং আরও পাতনের জন্য উপরের কলামে (নিম্ন-চাপের কলাম) খাওয়ানো হয়। উপরের কলামটি বায়ুমণ্ডলীয় চাপের কাছাকাছি কাজ করে (প্রায়. 0.11–0.13 MPa)। পণ্য অক্সিজেন নিচ থেকে, পণ্য নাইট্রোজেন উপর থেকে, এবং একটি আর্গন-সমৃদ্ধ ভগ্নাংশ মাঝখান থেকে একটি অশোধিত আর্গন কলামে বের করা যেতে পারে।

একটি সাধারণ প্রশ্ন: কেন দুটি কলাম? একটি একক কলাম শুধুমাত্র একটি বাষ্প-তরল ভারসাম্যের পর্যায় অর্জন করতে পারে এবং একই সাথে উচ্চ-বিশুদ্ধতা অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন তৈরি করতে পারে না। নীচের কলামটি একটি রুক্ষ বিচ্ছেদ করে, তারপরে উপরের কলামটি পরিশোধন শেষ করে। এটি আজ সবচেয়ে ব্যয়বহুল-কার্যকর কনফিগারেশন।

5. কোল্ড রিকভারি এবং প্রোডাক্ট ডেলিভারি

উপরের স্তম্ভের উপর থেকে নিম্ন-চাপ নাইট্রোজেন এবং পার্শ্ব ড্র থেকে বর্জ্য নাইট্রোজেন প্রধান তাপ এক্সচেঞ্জারের মধ্য দিয়ে যায়, আগত উচ্চ চাপের বাতাসের সাথে তাপ বিনিময় করে, তারপর আণবিক চালনীর জন্য পুনরুত্পাদন গ্যাস হিসাবে বের করার আগে পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় উষ্ণ হয় বা ব্যবহার করা হয়। প্রধান হিট এক্সচেঞ্জার বেশিরভাগ ঠান্ডা পুনরুদ্ধার পরিচালনা করে-এর কার্যকারিতা সরাসরি উদ্ভিদের শক্তি খরচ নির্ধারণ করে।

পণ্য অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন গ্যাস হিসাবে বিতরণ করা যেতে পারে বা ব্যবহারকারীর প্রয়োজনের উপর নির্ভর করে তরল স্টোরেজ ট্যাঙ্কে পাঠানো যেতে পারে। তরল নাইট্রোজেন উৎপাদনের জন্য একটি অতিরিক্ত লিকুইফেকশন ইউনিট প্রয়োজন।

নিম্ন-তাপমাত্রা পৃথকীকরণের মূল প্রক্রিয়া: পাতন এবং তাপগতি নিয়ন্ত্রণ

পাতনের মৌলিক বিষয়গুলি না বুঝে, আপনি শুধুমাত্র ছবির কিছু অংশ দেখছেন। নিম্ন-তাপমাত্রা পৃথকীকরণের মূলটি বাষ্প-তরল ভারসাম্য বক্ররেখা এবং রিফ্লাক্স অনুপাত নিয়ন্ত্রণে নিহিত।

প্রতিটি তাত্ত্বিক ট্রেতে, ক্রমবর্ধমান বাষ্প যোগাযোগ তরল পতনশীল। উচ্চ-বাষ্পে ফুটন্ত উপাদানগুলি তরল পর্যায়ে ঘনীভূত হয়, যখন তরলে কম-ফুটন্ত উপাদানগুলি গ্যাস পর্যায়ে বাষ্প হয়ে যায়। ট্রে সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে বিচ্ছেদ উন্নত হয়। একটি সাধারণ উপরের কলামে উচ্চ-বিশুদ্ধতা অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেন উভয়ই উত্পাদন করতে 60-80টি তাত্ত্বিক ট্রে প্রয়োজন।

তিনটি পরামিতি প্রধানত বিচ্ছেদ কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে:

• রিফ্লাক্স অনুপাত: রিফ্লাক্স তরল প্রবাহ ক্রমবর্ধমান বাষ্প প্রবাহ দ্বারা বিভক্ত। উচ্চ রিফ্লাক্স অনুপাত বিশুদ্ধ শীর্ষ পণ্য দেয় কিন্তু শক্তি খরচ বাড়ায়।
• অপারেটিং চাপ: উচ্চ চাপ অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেনের মধ্যে আপেক্ষিক অস্থিরতা হ্রাস করে, বিচ্ছেদকে কঠিন করে তোলে। সুতরাং উপরের কলামটি যতটা সম্ভব কম চাপে চালানোর জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
• ফিডের অবস্থান: ফিড কম্পোজিশন ফিড ট্রেতে বাষ্প-তরল কম্পোজিশনের সাথে মেলে; অন্যথায়, কার্যক্ষমতা কমে যায়।

কলামের চাপের ওঠানামা, অস্বাভাবিক বণ্টন বা বন্যার মতো সাধারণ অপারেশনাল সমস্যাগুলি প্রায়শই ভালভ নিয়ন্ত্রণ পরামিতি, প্যাকিং অবস্থা, বা ফিড কম্পোজিশনের পরিবর্তনের সাথে যুক্ত থাকে। সঠিক নির্ণয়ের জন্য অপারেটরদের চাপের ড্রপ ডেটার সাথে তাপমাত্রা প্রোফাইলগুলিকে একত্রিত করতে হবে।

ইঞ্জিনিয়ারিং চ্যালেঞ্জ এবং ব্যবহারিক উদ্বেগ

বাস্তব উদ্ভিদ অপারেশনে, তত্ত্ব এবং অনুশীলনের মধ্যে সর্বদা একটি ব্যবধান থাকে। এখানে প্রায়শই সমস্যার সম্মুখীন হয়:

ঠান্ডা ভারসাম্য পরিচালনা করা সবচেয়ে কঠিন। এক্সপেন্ডারের রেফ্রিজারেশন অবশ্যই সিস্টেমের ঠান্ডা ক্ষতি, পণ্য ঠান্ডা বহন এবং উষ্ণ-শেষ তাপমাত্রার পার্থক্যের সাথে মেলে। খুব কম শীতলতা তরলের মাত্রা কমায় এবং বিশুদ্ধতা হ্রাস করে; অত্যধিক তরল মাত্রা বাড়ায় এবং বন্যা হতে পারে। নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে এক্সপেন্ডার অগ্রভাগ খোলার সামঞ্জস্য এবং বুস্টার কম্প্রেসার বাইপাস।

আণবিক চালনী ব্যবস্থাপনা হল অপারেশনাল বেসলাইন। একবার আণবিক চালনী জলাবদ্ধ হয়ে গেলে বা বিষাক্ত হয়ে গেলে, CO₂ এবং আর্দ্রতা প্রধান হিট এক্সচেঞ্জার এবং কলামে প্রবেশ করে, যার ফলে চ্যানেল ব্লকেজ, চাপ কমে যায় এবং শেষ পর্যন্ত উষ্ণ পরিষ্কারের জন্য বাধ্যতামূলক বন্ধ হয়ে যায়। পুনর্জন্মের তাপমাত্রা, চক্রের সময়, এবং পুনর্জন্ম গ্যাস প্রবাহ তিনটি অ-আলোচনাযোগ্য প্যারামিটার।

প্রধান তাপ এক্সচেঞ্জার প্লাগিং সতর্কতা. যদি উষ্ণ-শেষ তাপমাত্রার পার্থক্য ক্রমাগত প্রসারিত হতে থাকে, বা ফরোয়ার্ড/রিটার্ন ডিফারেনশিয়াল চাপ অস্বাভাবিকভাবে বৃদ্ধি পায়, তাহলে বরফ বা শুকনো বরফ তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা থাকে। প্রাথমিক প্রতিক্রিয়া: পরিশোধন ব্যবস্থা পরীক্ষা করুন। গুরুতর ক্ষেত্রে একটি উদ্ভিদ গরম করা প্রয়োজন-।

অক্সিজেন বিশুদ্ধতার উপর আর্গন সিস্টেমের প্রভাব। 99.6% এর উপরে পণ্য অক্সিজেন বিশুদ্ধতা প্রয়োজন হলে, আর্গন ভগ্নাংশ বিবেচনা করা আবশ্যক। উপরের কলামের মাঝখান থেকে আঁকা একটি আর্গন-সমৃদ্ধ ভগ্নাংশ একটি অশোধিত আর্গন কলামে যায়। অন্যথায়, আর্গন উপরের কলামে জমা হয়, অক্সিজেন বিশুদ্ধতা হ্রাস করে। কিন্তু একটি আর্গন কলাম রেফ্রিজারেশন চাহিদা এবং ট্রে যোগ করে, মূলধন এবং অপারেটিং খরচ উভয়ই বৃদ্ধি করে।

প্রক্রিয়া উন্নতির দিকনির্দেশ এবং দক্ষতার ধারণা

শিল্প আরো দক্ষ ক্রায়োজেনিক বায়ু বিচ্ছেদ সমাধান অন্বেষণ অব্যাহত. প্রধান নির্দেশাবলী অন্তর্ভুক্ত:

• প্রসারিত কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করা: হিমায়ন বর্জ্য কমাতে আইসেন্ট্রপিক দক্ষতা এবং প্রবাহ পরিসীমা উন্নত করা
• উচ্চ-দক্ষতা স্ট্রাকচার্ড প্যাকিং গ্রহণ করা: চালনী ট্রের তুলনায় নিম্নচাপ হ্রাস এবং বিস্তৃত টার্নডাউন পরিসর, পরিবর্তনশীল লোড অপারেশনের জন্য উপযুক্ত
• ইন্টেলিজেন্ট কন্ট্রোল প্রবর্তন: স্বয়ংক্রিয়ভাবে রিফ্লাক্স অনুপাত এবং প্রসারিত লোড অপ্টিমাইজ করতে কলাম তাপমাত্রা প্রোফাইল এবং রচনা ডেটা ব্যবহার করে
• বর্জ্য তাপ পুনরুদ্ধার করা: ইন্টারস্টেজ কম্প্রেসার তাপ এবং আণবিক চালনী পুনর্জন্মের বর্জ্য তাপ লিথিয়াম ব্রোমাইড হিমায়ন বা শীতকালীন গরম করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে

এই উন্নতিগুলি ক্রায়োজেনিক এয়ার সেপারেশন প্ল্যান্টের জন্য অর্থনৈতিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে বিদ্যুত অপারেটিং খরচের 60-70% জন্য দায়ী। একটি সাধারণ 6000 Nm³/h অক্সিজেন প্ল্যান্টের বার্ষিক বিদ্যুত খরচ হতে পারে হাজার হাজার USD-প্রতি 1% শক্তি হ্রাস অর্থপূর্ণ সঞ্চয় করে৷

ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণ প্রযুক্তি প্রায় এক শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে চলে আসছে, কিন্তু মূল নীতিটি পরিবর্তিত হয়নি: কম-তাপমাত্রার পাতনের মাধ্যমে গ্যাসগুলিকে আলাদা করতে স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য ব্যবহার করে৷ প্রকৌশলীদের জন্য, প্রতিটি ধাপে দক্ষতা-কম্প্রেশন, প্রি-কুলিং, পরিশোধন, তরলকরণ, পাতন, ঠান্ডা পুনরুদ্ধার- হল উদ্ভিদের আচরণের পূর্বাভাস, ত্রুটি নির্ণয়, এবং লক্ষ্যযুক্ত অপ্টিমাইজেশান করার চাবিকাঠি।

শেঞ্জার গ্যাস ক্রায়োজেনিক এয়ার সেপারেশন প্ল্যান্টের ডিজাইন, ম্যানুফ্যাকচারিং এবং অপারেশন সাপোর্টে ক্ষেত্রের বাস্তবতার সাথে ইঞ্জিনিয়ারিং নীতিগুলিকে একীভূত করে। প্রতিটি প্ল্যান্ট-প্রক্রিয়া সিমুলেশন এবং কলাম ইন্টারনাল ডিজাইন থেকে নিয়ন্ত্রণ করার কৌশল-প্রকৃত অপারেটিং ডেটা থেকে পুনরাবৃত্তিমূলক প্রতিক্রিয়ার উপর নির্মিত। নির্দিষ্ট পরামিতি বা অপারেশনাল সমস্যা সম্পর্কে আপনার যদি আরও প্রশ্ন থাকে, তাহলে নির্দ্বিধায় আমাদের প্রযুক্তিগত দলের সাথে যোগাযোগ করুন।