প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর: কাজ, ডেরিভেশন, বৈশিষ্ট্য এবং এর প্রয়োগ

প্লাগ প্রবাহ এই চুল্লিগুলির একটি উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য, তাই যেকোনো দুটি অণু কম সময়ে চুল্লিতে প্রবেশ করতে পারে এবং একই সময়ে প্রস্থান করতে পারে। প্লাগ প্রবাহ চুল্লি বিক্রিয়াকদের পাশাপাশি পণ্যের বিভাজন অপ্টিমাইজ করার সময় একটি দক্ষ নিয়ন্ত্রণকারী প্রতিক্রিয়া সময় প্রদান করে। সুতরাং, চুল্লিগুলিতে ভাল পারফরম্যান্সের জন্য ভাল প্লাগ প্রবাহ প্রয়োজন। তাই প্লাগ ফ্লো কেমিস্ট্রি ব্যবহার করে এমন চুল্লিকে সাধারণত প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর বা পিএফআর রিঅ্যাক্টর বলা হয়। প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর বা পিএফআর হল একটি তৃতীয় সাধারণ ধরনের চুল্লি যেখানে পুষ্টিগুলি ক্রমাগত চুল্লিতে প্রবর্তিত হয় এবং একটি 'প্লাগ' হিসাবে চুল্লি জুড়ে সরানো হয়। এই নিবন্ধটি একটি ওভারভিউ আলোচনা প্লাগ প্রবাহ চুল্লি , এর কাজ, এবং এর অ্যাপ্লিকেশন।

প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর কি?

প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর বা পিস্টন ফ্লো রিঅ্যাক্টর হল একটি আয়তক্ষেত্রাকার-টাইপ আইডিয়ালাইজড ফ্লো রিঅ্যাক্টর যা একটি টিউব জুড়ে উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য একটানা তরল প্রবাহ ব্যবহার করে। এই চুল্লিটি একটি নলাকার পাইপের মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলিকে চিত্রিত করতে ব্যবহৃত হয় যাতে সমস্ত রাসায়নিক বিক্রিয়া সংমিশ্রণগুলি প্রবাহের দিক বরাবর একই গতিতে সরবরাহ করা হবে, এইভাবে; কোন ইন্টিগ্রেশন বা backflow আছে.

এই চুল্লিতে একটি নলাকার পাইপ রয়েছে যার প্রতিটি প্রান্তে রিঅ্যাক্ট্যান্টের জন্য খোলা থাকে এবং সেইসাথে পণ্যগুলির মাধ্যমে বিক্রিয়কগুলি সরবরাহ করে। এই চুল্লিতে একটি অভিন্ন প্রতিক্রিয়া বজায় রাখার জন্য, চুল্লিতে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় জল সরবরাহ করা হয়। প্লাগ প্রবাহ এই চুল্লিতে এক প্রান্ত থেকে এবং অন্য প্রান্তে ক্রমাগত উপাদান প্রবর্তন করে উত্পাদিত হয়, এটি ক্রমাগত উপাদানগুলিকে সরিয়ে দেয়। PFR-তে ঘন ঘন উত্পাদিত উপকরণগুলি হল; পেট্রোকেমিক্যাল, পলিমার, ফার্মাসিউটিক্যালস, ইত্যাদি। এই চুল্লিগুলির তরল বা গ্যাস ফেজ সিস্টেমে বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে।

প্লাগ প্রবাহ চুল্লি একটি অসামান্য বাসস্থান সময় নিয়ন্ত্রণ সেইসাথে প্রতিক্রিয়া শর্ত প্রদান করে. তাই তারা উচ্চ মাত্রার রূপান্তর প্রদান করে এবং উচ্চ তাপ রিলিজ (বা) বিক্রিয়াকের ঘনত্বের প্রতি সংবেদনশীলতার মাধ্যমে প্রতিক্রিয়ার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। যাইহোক, রেডিয়াল মিশ্রণ এবং কেবল অক্ষীয় মিশ্রণ ছাড়াই তাদের কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে।

মুখ্য সুবিধা

প্লাগ ফ্লো চুল্লির মূল বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

একমুখী প্রবাহ

পিএফআর-এ, বিক্রিয়ক এবং পণ্যগুলি ব্যাক-মিক্সিং ছাড়াই চুল্লির দৈর্ঘ্য বরাবর একক দিকে ভ্রমণ করে।

ঘনত্ব গ্রেডিয়েন্ট

এই চুল্লিতে বিক্রিয়ক ঘনত্ব এবং পণ্যগুলি চুল্লির দৈর্ঘ্যের সাথে পরিবর্তিত হয় যদিও এটি প্রবাহের উল্লম্ব অংশে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

বসবাসের সময়

বসবাসের সময় একটি পৃথক বিক্রিয়াক আয়তন যা PFR-এর মধ্যে ব্যয় করা হয় তাকে আবাসিক সময় বলা হয় এবং এটি সমস্ত আয়তনের জন্য স্থিতিশীল।

প্লাগ ফ্লো চুল্লি কাজের নীতি

প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর অ্যালকোহল এবং অন্যান্য জৈব যৌগগুলিকে অক্সিডাইজ করে সূক্ষ্ম রাসায়নিক উত্পাদন করে; রঙ্গক এবং রং। এই চুল্লির তরলগুলি একটি পাইপ বা টিউব জুড়ে অবিচ্ছিন্ন এবং অভিন্ন পদ্ধতিতে চলাচল করে। বিক্রিয়কগুলি চুল্লির এক প্রান্তে প্রবেশ করে চুল্লি জুড়ে প্রবাহিত হয় এবং অন্য প্রান্তে বিদ্যমান থাকে।

এই চুল্লিতে প্লাগ ফ্লো প্রকৃতি নিশ্চিত করে যে রাসায়নিক বিক্রিয়কগুলি PFR এর মাধ্যমে অনুরূপ অবস্থার সংস্পর্শে আসে এবং প্রতিটি বিক্রিয়কের বাসিন্দার সময় একই। সুতরাং, একটি প্লাগ ফ্লো চুল্লি প্রধান প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য একটি অসামান্য পছন্দ যার জন্য বাসিন্দার সময়, তাপমাত্রা এবং চাপের সঠিক নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।

প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর ডায়াগ্রাম

প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টরের ডিজাইন কিছু ধরণের কৈশিক দিয়ে করা যেতে পারে যা একটি ছোট টিউব (বা) একটি প্লেটে স্থির একটি চ্যানেল। এটি একটি ক্রমাগত চুল্লির সেট যার একটি রিঅ্যাক্টেন্টের একটি খাঁড়ি এবং চুল্লির সামগ্রীর একটি আউটলেট রয়েছে যা ক্রমাগত চুল্লি অপারেশন জুড়ে করা হয়।

একটি প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর (PFR) এর একটি অ্যাজিটেটর থাকে না যার একটি নলাকার আকৃতি থাকে যা তরলটিকে ন্যূনতম পরিমাণে ব্যাক মিক্সিংয়ের সাথে বিকাশ করতে দেয়, ফলস্বরূপ, চুল্লিতে যাওয়া সমস্ত তরল কণার একই রকম বসবাসের সময় থাকে . এই চুল্লিটিকে অবশ্যই পাতলা তরল স্লাইসের একটি সিরিজ হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে, যার মধ্যে একটি ছোট ব্যাচের চুল্লি রয়েছে, একটি পিস্টনের মতো চুল্লির মধ্যে এগিয়ে যাওয়ার জন্য স্লাইসে সম্পূর্ণভাবে আলোড়িত হয়।

সাধারণ ভরের ভারসাম্যের সমীকরণটি চুল্লির মধ্যে থাকা তরল স্লাইসের জন্য নিম্নলিখিত মত প্রকাশ করা যেতে পারে:

ইনলেট = আউটলেট + খরচ + সঞ্চয়

উপরের এক্সপ্রেশনের প্রতিটি উপাদানের একক হল mol/sec এর মত একটি উপাদান রানের হার।

প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর সমীকরণ ডেরিভেশন

প্লাগ-ফ্লো রিঅ্যাক্টর হল একটি আদর্শ চুল্লি যেখানে একটি নির্দিষ্ট বিভাগের সমস্ত কণার বেগ এবং গতির দিক একই থাকে। একটি প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টরে (PFR) কোনো ব্যাকফ্লো বা মিক্সিং নেই, এইভাবে ইনলেট সাইড থেকে আউটলেটে প্লাগের মতো তরল প্রবাহ নিচের চিত্রে দেখানো হয়েছে।

এই চুল্লীটি ভরের ভারসাম্যের পাশাপাশি তরলের ডিফারেনশিয়াল পরিমাণের মধ্যে তাপের ভারসাম্যের উপর নির্ভর করে তৈরি করা হয়। যদি আমরা কল্পনা করি যে পদ্ধতিটি আইসোথার্মাল, তাহলে ভর ভারসাম্য শুধুমাত্র বিবেচনা করা হয়।

যদি আমরা স্থির-স্থিতির অবস্থা কল্পনা করি বিক্রিয়াক ঘনত্ব শেষ পর্যন্ত পরিবর্তিত হয় না। এটি পিএফআর পরিচালনার একটি সাধারণ পদ্ধতি। PFR-এর গাণিতিক সমীকরণ সহজভাবে লেখা যেতে পারে;

udCi/dx = উৎস

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

যেখানে 'Ci' হল বিক্রিয়ক, 'i' হল ঘনত্ব, 'u' হল তরলের বেগ, 'νi' হল stoichiometric সহগ, 'r' হল বিক্রিয়ার হার এবং 'x' হল চুল্লির মধ্যে অবস্থান। 'Caf' হল বিক্রিয়ক হল চুল্লির খাঁড়িতে একটি ঘনত্ব এবং 'L' হল চুল্লির দৈর্ঘ্য। Fv (m3/s) ভলিউমেট্রিক প্রবাহ হার এবং চুল্লি S (m^2) এর ক্রস-সেকশন অঞ্চলের উপর নির্ভর করে তরল 'u'-এর বেগ পরিমাপ করা হয়:

u=Fv/S

একটি আদর্শ পিএফআর-এ, সমস্ত তরল কণা চুল্লিতে অবিকল একই পরিমাণ সময়ের জন্য থাকে যাকে একটি গড় বাসস্থান বলা হয়, যা পরিমাপ করা হয়;

T =L/u

বসবাসের সময় ডেটা সাধারণত রাসায়নিক চুল্লি প্রকৌশলের মধ্যে পরিবর্তন এবং প্রস্থান ঘনত্বের পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য ব্যবহার করা হয়।

প্রথম-ক্রম অপরিবর্তনীয় প্রতিক্রিয়া

আসুন একটি সাধারণ পচন প্রতিক্রিয়া বিবেচনা করুন:

A–>B

যখনই প্রতিক্রিয়া অপরিবর্তনীয় এবং প্রথম ক্রম হয়, আমাদের আছে:

udCa/dx = -kCa

যেখানে 'k' একটি গতিগত ধ্রুবক। সাধারণত, গতিগত ধ্রুবক প্রধানত তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। সাধারণত, একটি Arrhenius সমীকরণ এই সম্পর্ক বর্ণনা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এখানে, আমরা আইসোথার্মাল অবস্থা অনুমান করি, তাই এই নির্ভরতা ব্যবহার করব না।

প্রথম-ক্রম অপরিবর্তনীয় প্রতিক্রিয়াগুলির মডেলটি যুক্তিযুক্তভাবে সমাধান করা যেতে পারে। সুতরাং সমাধান নিম্নরূপ;

Ca = Cafexp(-x*k/u)

দ্বিতীয় ক্রম অপরিবর্তনীয় প্রতিক্রিয়া

দ্বিতীয়-ক্রম অপরিবর্তনীয় প্রতিক্রিয়া উদাহরণটি আমাদের নীচেরটি ব্যবহার করা যাক:

2A -> খ

একবার প্রতিক্রিয়া অপরিবর্তনীয় এবং দ্বিতীয়-ক্রম হলে, আমাদের আছে:

udCa/dx = -2k*(Ca)^2

প্লাগ ফ্লো চুল্লি বৈশিষ্ট্য

প্লাগ ফ্লো চুল্লির বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

• একটি প্লাগ-ফ্লো রিঅ্যাক্টরের রিঅ্যাক্ট্যান্টগুলি চুল্লী জুড়ে একটি অবিচ্ছিন্ন প্রবাহে প্রবাহিত হয় যার মধ্যে সামান্য থেকে কোন মিশ্রণ থাকে।
• PFR-এ বিক্রিয়াটি ঘটে যখন বিক্রিয়কগুলি চুল্লির দৈর্ঘ্যের সাথে সরে যায়।
• বিক্রিয়কের ঘনত্ব চুল্লির দৈর্ঘ্যের সাথে পরিবর্তিত হয় এবং প্রতিক্রিয়ার হার সাধারণত প্রবেশের সময় বেশি হয়।
• এই রিঅ্যাক্টরগুলি প্রায়শই প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য ব্যবহৃত হয় যেখানে উচ্চ পরিমাণে পরিবর্তনের প্রয়োজন হয় এবং যেখানে প্রতিক্রিয়ার গতি শোষণের পরিবর্তনের জন্য প্রতিক্রিয়াশীল নয়।
• PFR-এর মধ্যে বসবাসের সময় সাধারণত ছোট হয়।
• বায়োফিল্মটি বায়ু-তরল ইন্টারফেসের অনুকরণকারী পরিবেশ যেমন মৌখিক গহ্বর, ভেজা শিলা পৃষ্ঠ এবং ঝরনা পর্দার কাছাকাছি গঠন করে।
• এই ধরনের চুল্লি কম শিয়ারে একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ বায়োফিল্ম তৈরি করে যা স্থির গ্লাস কুপন চুল্লির মতো মাইক্রোবাইসাইড কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।
• এই চুল্লির বায়োফিল্মটি বিভিন্ন পদ্ধতির সাথে সহজে বিশ্লেষণ করা হয় যেমন কার্যকর প্লেটের সংখ্যা, বেধ নির্ধারণ এবং হালকা মাইক্রোস্কোপি।
• পিএফআর-এর বিক্রিয়কগুলি ক্রমাগত খাওয়া হয় কারণ তারা চুল্লির দৈর্ঘ্যের নীচে প্রবাহিত হয়।
  একটি সাধারণ পিএফআর কিছু কঠিন পদার্থের মাধ্যমে প্যাক করা একটি টিউব হতে পারে।

সুবিধাগুলি এবং অসুবিধাগুলি

দ্য প্লাগ প্রবাহ চুল্লি সুবিধা নিম্নলিখিত অন্তর্ভুক্ত.

• CSTR-এর তুলনায় PFR-এর সুবিধা হল এই চুল্লির একই রকম স্থান-কাল এবং রূপান্তর স্তরের জন্য কম ভলিউম রয়েছে।
• চুল্লির কম জায়গা প্রয়োজন এবং একই ধরনের চুল্লি ভলিউমের জন্য CSTR-এর তুলনায় PFR-এর মধ্যে রূপান্তরের পরিমাণ বেশি।
• গ্যাস-ফেজ অনুঘটক গতিবিদ্যা প্রক্রিয়া নির্ধারণ করতে এই চুল্লি ঘন ঘন ব্যবহার করা হয়।
• এই রিঅ্যাক্টরগুলি প্রতিক্রিয়া পরিচালনা করতে এবং CSTR (কন্টিনিউয়াস স্টিরড-ট্যাঙ্ক রিঅ্যাক্টর) এর তুলনায় প্রতিটি চুল্লি ভলিউমের জন্য উচ্চতর রূপান্তর হারের মধ্যে 'সাধারণ' প্রতিক্রিয়ার প্রভাবের একটি বড় গ্রুপের জন্য খুব কার্যকর।
• চুল্লিগুলি দ্রুত প্রতিক্রিয়ার জন্য খুব উপযুক্ত
• ট্যাঙ্ক রিঅ্যাক্টরের তুলনায় পিএফআর-এ তাপ স্থানান্তর মোটামুটি ভালভাবে পরিচালনা করা যেতে পারে যা অত্যন্ত এক্সোথার্মিক সিস্টেমের জন্য একটি চমৎকার ফিট করে।
• প্লাগ ফ্লো ক্যারেক্টার এবং ব্যাক-মিক্সিং না থাকার কারণে, সমস্ত রিঅ্যাক্ট্যান্টের পক্ষ থেকে একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ বসবাসের সময় রয়েছে, যা নির্ভরযোগ্য পণ্যের গুণমানের দিকে পরিচালিত করে, বিশেষ করে যেখানে বিশাল বাসস্থানের সময় দূষণ গঠন এবং দাগ এবং আরও অনেক কিছুর দিকে পরিচালিত করে।
• প্লাগ ফ্লো চুল্লি রক্ষণাবেক্ষণ সহজ কারণ কোন চলমান উপাদান নেই।
• এগুলো যান্ত্রিকভাবে সহজ।
• প্রতিটি চুল্লি ভলিউমের জন্য এর রূপান্তর হার উচ্চ।
• পণ্যের গুণমান পরিবর্তন হয়নি।
• দ্রুত প্রতিক্রিয়া অধ্যয়ন চমৎকার.
• চুল্লি ভলিউম খুব দক্ষতার সাথে ব্যবহার করা হয়.
• বিশাল ক্ষমতা প্রক্রিয়ার জন্য চমৎকার.
• কম চাপ ড্রপ.
• কোন ব্যাক মিক্সিং আছে
• সরাসরি মাপযোগ্যতা
• বাসস্থানের দক্ষ সময় নিয়ন্ত্রণ, তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ, দক্ষ মিশ্রণ, ব্যাচ-টু-ব্যাচ বৈচিত্র সীমিত, ইত্যাদি।

দ্য প্লাগ প্রবাহ চুল্লি অসুবিধা নিম্নলিখিত অন্তর্ভুক্ত.

• একটি পিএফআর-এ, তাপমাত্রা প্রোফাইলের বিস্তৃত পরিসরের কারণে এক্সোথার্মিক প্রতিক্রিয়া কর্মক্ষমতা নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন।
• একটি PFR-এর জন্য, CST-এর তুলনায় রক্ষণাবেক্ষণ ও অপারেশনাল খরচ ব্যয়বহুল।
• চুল্লির জন্য তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন।
• যখনই এক্সোথার্মিক বিক্রিয়ার জন্য ব্যবহার করা হয় তখন চুল্লিতে হট স্পট দেখা দেয়।
• গঠন এবং তাপমাত্রার তারতম্যের কারণে এটি নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন।
• পিএফআরগুলি তাদের জটিল নকশা এবং সমাবেশের কারণে ডিজাইন এবং রক্ষণাবেক্ষণের জন্য ব্যয়বহুল।
• পিএফআরগুলি সাধারণত সুনির্দিষ্ট প্রতিক্রিয়ার জন্য ডিজাইন করা হয় এবং ফিডস্টক বা প্রতিক্রিয়া অবস্থার মধ্যে পরিবর্তনগুলিকে মিটমাট করতে সক্ষম নাও হতে পারে।
• সরু এবং দীর্ঘ নকশার কারণে এগুলি বজায় রাখা এবং পরিষ্কার করা কঠিন।
• পিএফআর-এর বিক্রিয়াকগুলি অসমভাবে প্রবাহিত হতে পারে যা হট স্পট বা অসম্পূর্ণ প্রতিক্রিয়ার দিকে পরিচালিত করে।
• এটা মনে রাখা খুবই তাৎপর্যপূর্ণ যে প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর সব অ্যাপ্লিকেশনে ফিট হতে পারে না। তাই কোন ধরনের চুল্লি একটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত তা নির্ধারণ করার জন্য একজনকে অবশ্যই বসবাসের সময়, গতিবিদ্যা, নির্বাচনী সমস্যা ইত্যাদি বিশ্লেষণ করতে হবে।

অ্যাপ্লিকেশন

প্লাগ-ফ্লো রিঅ্যাক্টরগুলির অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।

• PFR সাধারণত সার, বড় আকারের রাসায়নিক, পেট্রোকেমিক্যাল এবং ফার্মাসিউটিক্যাল উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়।
• পলিপ্রোপিলিন এবং পলিথিন উত্পাদনের মতো পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে এই চুল্লিগুলি ব্যবহার করা হয়।
• প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টর তরল-কঠিন এবং গ্যাস-সলিড প্রতিক্রিয়া সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত।
• এগুলি ভিন্নধর্মী বা সমজাতীয় প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য উপযুক্ত; তেল এবং চর্বি হাইড্রোজেনেশন।
• পিএফআরগুলি অ্যালকোহল এবং অন্যান্য জৈব যৌগগুলিকে অক্সিডাইজ করার জন্য এবং রঙ্গক এবং রঞ্জকগুলির মতো সূক্ষ্ম রাসায়নিকগুলি তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়।

এইভাবে, এই প্লাগ প্রবাহ চুল্লি একটি ওভারভিউ , কাজ, সুবিধা, অসুবিধা, এবং অ্যাপ্লিকেশন. একটি ভাল প্রবাহ চুল্লির নকশা এবং নির্বাচন এখনও একটি শিল্প এবং বছরের জ্ঞান আপনাকে নির্বাচন করার ক্ষেত্রে উন্নতি করে। কখনও কখনও, একটি প্লাগ ফ্লো রিঅ্যাক্টরকে CTR (কন্টিনিউয়াস টিউবুলার রিঅ্যাক্টর) নামেও পরিচিত। একটি আদর্শ আকারে, প্রতিক্রিয়া সংমিশ্রণের আকৃতিটি কিছু প্লাগ দিয়ে তৈরি হতে পরিমাপ করা যেতে পারে এবং প্রতিটি প্লাগের একটি অভিন্ন ঘনত্ব রয়েছে। এই পিএফআরের একটি অনুমান আছে যে কোনও অক্ষীয় মিশ্রণ নেই তাই চুল্লিতে কোনও ব্যাক মিক্সিং নেই। এখানে আপনার জন্য একটি প্রশ্ন, একটি চুল্লি কি?