চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লি কি? নীতি, প্রযুক্তি এবং প্রয়োগ

মূল প্রশ্নের উত্তর: চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লি কী এবং এটি কীভাবে উচ্চ-চাপ রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলিতে সুনির্দিষ্ট চাপ নিয়ন্ত্রণ বজায় রাখে? একটি চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লি হল একটি রাসায়নিক চুল্লি যা সক্রিয় চাপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা দিয়ে সজ্জিত যা -0.1 MPa থেকে 50 MPa (সুপারক্রিটিক্যাল জল অক্সিডেশন) পর্যন্ত অপারেটিং রেঞ্জে সেটপয়েন্টের +/-0.01 থেকে +/-0.1 MPa এর মধ্যে অপারেটিং চাপ বজায় রাখে। মূল উপাদানগুলির মধ্যে রয়েছে বাষ্প/তরল আউটলেটে একটি ব্যাক প্রেসার রেগুলেটর (BPR), চাপ ট্রান্সমিটার ফিডব্যাক সহ একটি PID (প্রোপোরশনাল-ইন্টিগ্রাল-ডেরিভেটিভ) নিয়ন্ত্রণ লুপ (প্রতিক্রিয়া সময় 0.1-5 সেকেন্ড), ওভারহেড চাপ বজায় রাখার জন্য নাইট্রোজেন বা নিষ্ক্রিয় গ্যাসের প্যাড, এবং ASME UG-125 (MAWP এ সেট করা PSV, একক রিলিফ ভালভের জন্য 110% MAWP পর্যন্ত সঞ্চয় সীমিত) অনুযায়ী চাপ রিলিফ ডিভাইস। এই চুল্লিগুলি হাইড্রোজিনেশন (2-15 MPa), পলিমারাইজেশন (1-30 MPa), সুপারক্রিটিক্যাল CO2 নিষ্কাশন (7-48 MPa), এবং হাইড্রোথার্মাল সংশ্লেষণ (10-40 MPa) এর জন্য অপরিহার্য যেখানে চাপ সরাসরি বিক্রিয়ার গতিবিদ্যা, ফেজ আচরণ এবং পণ্যের নির্বাচনকে প্রভাবিত করে।

1. মূল চাপ নিয়ন্ত্রণ নীতি এবং প্রযুক্তি

চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লি সিস্টেম তিনটি প্রকৌশল নীতির উপর নির্ভর করে:

• ব্যাক প্রেসার নিয়ন্ত্রণ এবং প্রবাহ মডুলেশন ব্যাক প্রেসার রেগুলেটর (BPR) হল একটি স্প্রিং-লোডেড বা ডোম-লোডেড ভালভ যা চুল্লির আউটলেটে ইনস্টল করা হয় যা আউটফ্লো মডুলেট করে আপস্ট্রিম চাপ বজায় রাখে। ডোম-লোডেড BPR (এয়ার-লোডেড বা I/P-নিয়ন্ত্রিত) দূরবর্তীভাবে নিয়ন্ত্রণ চাপ সেট করার জন্য একটি পাইলট চাপ সংকেত (0.02-0.1 MPa বায়ু বা নাইট্রোজেন) ব্যবহার করে, স্বয়ংক্রিয় সমন্বয় সক্ষম করে। BPR সাইজিংয়ের জন্য ISA-75.01 অনুযায়ী Cv (প্রবাহ সহগ) গণনা প্রয়োজন: Cv = Q x sqrt(SG / delta-P), যেখানে Q হল প্রবাহ, SG হল নির্দিষ্ট মাধ্যাকর্ষণ, এবং delta-P হল ভালভের জুড়ে চাপের পতন। 5 MPa অপারেটিং চাপ এবং 10 L/min ভেন্ট গ্যাস প্রবাহ সহ একটি 100 L হাইড্রোজিনেশন চুল্লির জন্য Cv = 10 x sqrt(0.09/4.9) = 1.35 প্রয়োজন।
• PID নিয়ন্ত্রণ লুপ এবং চাপ ট্রান্সমিটার ফিডব্যাক চাপ নিয়ন্ত্রণ লুপে একটি চাপ ট্রান্সমিটার (Rosemount 3051S, নির্ভুলতা +/-0.04% স্প্যান, প্রতিক্রিয়া সময় 100 ms), একটি PID কন্ট্রোলার (DCS বা স্ট্যান্ডঅ্যালোন, স্ক্যান রেট 0.1-1 সেকেন্ড), এবং একটি চূড়ান্ত নিয়ন্ত্রণ উপাদান (BPR বা নিয়ন্ত্রণ ভালভ) থাকে। PID টিউনিং Ziegler-Nichols বা Cohen-Coon পদ্ধতি ব্যবহার করে: 5 MPa হাইড্রোজিনেশন চুল্লির জন্য, সাধারণ টিউনিং প্যারামিটারগুলি হল Kp = 2-5, Ti = 10-30 সেকেন্ড, Td = 2-5 সেকেন্ড। ক্যাসকেড নিয়ন্ত্রণ (বাইরের লুপ চাপ, ভিতরের লুপ প্রবাহ) গ্যাস ব্যবহার বা উত্পাদন থেকে দ্রুত চাপ বিঘ্নের জন্য প্রতিক্রিয়া উন্নত করে।
• ওভারপ্রেসার সুরক্ষা এবং ASME UG-125 সম্মতি ASME Section VIII Division 1 UG-125 প্রতিটি চাপ পাত্রের জন্য একটি চাপ রিলিফ ডিভাইস (PRV বা বার্স্ট ডিস্ক) প্রয়োজন যার সেট চাপ সর্বোচ্চ অনুমোদিত কাজের চাপের (MAWP) বেশি নয়। একক ভালভ সুরক্ষার জন্য, সঞ্চয় 110% MAWP পর্যন্ত সীমিত; একাধিক ভালভের জন্য, 116% MAWP। বার্স্ট ডিস্ক (বিপরীত-অ্যাক্টিং বা ফরোয়ার্ড-অ্যাক্টিং) <5 মিলিসেকেন্ড প্রতিক্রিয়া সময় সহ ফেইল-ওপেন সুরক্ষা প্রদান করে, যখন স্প্রিং-লোডেড PSV 50-200 মিলিসেকেন্ডে প্রতিক্রিয়া জানায়। একটি সাধারণ কনফিগারেশন প্রক্রিয়া ফাউলিং থেকে PSV কে বিচ্ছিন্ন করার সময় রিডান্ডেন্সি প্রদানের জন্য একটি PSV এর আপস্ট্রিম একটি বার্স্ট ডিস্ক ব্যবহার করে (ASME UG-135 অনুযায়ী ইনলেট পাইপিং ক্ষতির জন্য 3% সহনশীলতা নিয়ম)।2. প্রধান চাপ নিয়ন্ত্রণ কনফিগারেশন

শিল্প চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লি কনফিগারেশনগুলি চাপ পরিসীমা, ফেজ অবস্থা এবং নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতার প্রয়োজনীয়তা দ্বারা নির্বাচিত হয়:

নিষ্ক্রিয় প্যাড সহ গ্যাস-ফেজ ওভারহেড চাপ নিয়ন্ত্রণ

• একটি নাইট্রোজেন বা আর্গন ব্ল্যাঙ্কেট চুল্লির বাষ্প স্থানে একটি ধ্রুবক ওভারহেড চাপ বজায় রাখে যা ইনলেটে একটি চাপ-হ্রাসকারী রেগুলেটর (ইচ্ছিত প্যাড চাপে সেট করা, যেমন, 0.3 MPa) এবং ভেন্টে একটি ব্যাক প্রেসার রেগুলেটর (প্যাড চাপের চেয়ে 0.05-0.1 MPa উপরে সেট করা) ব্যবহার করে। এই কনফিগারেশনটি অক্সিডেশন-সংবেদনশীল বিক্রিয়া, দাহ্য দ্রাবক প্রক্রিয়াকরণ এবং অ-ঘনীভূত গ্যাস উত্পাদনকারী বিক্রিয়াগুলির জন্য স্ট্যান্ডার্ড। নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতা +/-0.02 MPa সহ 50-100 L বাষ্প ভলিউম।সুপারক্রিটিক্যাল সিস্টেমের জন্য লিকুইড-ফেজ ব্যাক প্রেসার নিয়ন্ত্রণ
• সুপারক্রিটিক্যাল CO2 নিষ্কাশন (7-48 MPa) এবং সুপারক্রিটিক্যাল জল অক্সিডেশন (22-40 MPa) এর জন্য, চুল্লির আউটলেটে একটি লিকুইড-ফেজ BPR +/-0.1 MPa নির্ভুলতার সাথে চাপ বজায় রাখে। BPR কে 200C (CO2) বা 600C (SCWO) পর্যন্ত তাপমাত্রা এবং 5-200 কেজি/ঘন্টা প্রবাহ পরিচালনা করতে হবে। মাল্টি-স্টেজ চাপ হ্রাস (প্রথম BPR 5 MPa পর্যন্ত, দ্বিতীয়টি 0.1 MPa পর্যন্ত) ক্যাভিটেশন এবং ফ্ল্যাশ বয়েলিং প্রতিরোধ করে। আউটলেটে একটি কোরিয়োলিস মাস ফ্লো মিটার ঘনত্ব-ভিত্তিক ফেজ যাচাইকরণ সরবরাহ করে।কন্টিনিউয়াস ফ্লো চুল্লির জন্য ডিফারেনশিয়াল প্রেসার নিয়ন্ত্রণ
• কন্টিনিউয়াস ফ্লো সিস্টেমে, চাপ আউটলেটে একটি BPR দ্বারা বজায় রাখা হয় যখন একটি ফিড পাম্প (HPLC বা মিটারিং) ইনলেট প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে। ডিফারেনশিয়াল চাপ (delta-P = P_in - P_out) নির্দিষ্ট অনুঘটক বিছানা বা মাইক্রোরিঅ্যাক্টর চ্যানেলের মাধ্যমে প্রবাহকে চালিত করে। 10 MPa এ 50 mL/min প্রবাহ সহ একটি প্যাকড-বেড ফ্লো চুল্লির জন্য 200 গ্রাম অনুঘটকের (বিছানা দৈর্ঘ্য 100 মিমি, শূন্যতা ভগ্নাংশ 0.4) মাধ্যমে, এরগান সমীকরণ delta-P = 150 x mu x v x (1-eps)^2 / (eps^3 x D_p^2) + 1.75 x rho x v^2 x (1-eps) / (eps^3 x D_p) পূর্বাভাস দেয়, যার জন্য 10 MPa এবং 200 mL/min পর্যন্ত প্রবাহ পরিচালনা করতে সক্ষম একটি BPR প্রয়োজন।চাপ নিয়ন্ত্রণ কনফিগারেশন তুলনা ম্যাট্রিক্স

কনফিগারেশন

প্রশ্ন: চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লির জন্য চাপ রিলিফ সম্পর্কে ASME UG-125 প্রয়োজনীয়তা কী?

উত্তর: ASME Section VIII Division 1, অনুচ্ছেদ UG-125 প্রয়োজন যে প্রতিটি চাপ পাত্র একটি চাপ রিলিফ ডিভাইস (স্প্রিং-লোডেড PSV বা বার্স্ট ডিস্ক) দ্বারা সুরক্ষিত থাকবে যার সেট চাপ সর্বোচ্চ অনুমোদিত কাজের চাপের (MAWP) বেশি হবে না। একটি একক রিলিফ ডিভাইসের জন্য, সঞ্চয় (রিলিফের সময় সর্বোচ্চ চাপ) MAWP এর 110% এর বেশি হবে না। একাধিক ডিভাইসের জন্য (সমান্তরালভাবে PSV + বার্স্ট ডিস্ক), সঞ্চয় MAWP এর 116% পর্যন্ত সীমিত। 3% নিয়ম (UG-135) সঠিক PSV অপারেশন নিশ্চিত করার জন্য ইনলেট পাইপিং চাপ ড্রপকে সেট চাপের 3% পর্যন্ত সীমিত করে।

প্রশ্ন: একটি রাসায়নিক চুল্লির জন্য একটি ব্যাক প্রেসার রেগুলেটর (BPR) কীভাবে আকার দেওয়া হয়?

উত্তর: BPR সাইজিং ISA-75.01 ফ্লো কোএফিসিয়েন্ট সমীকরণ ব্যবহার করে: Cv = Q x sqrt(SG / delta-P), যেখানে Q হল সর্বোচ্চ প্রবাহ হার (তরলের জন্য gpm, গ্যাসের জন্য scfm), SG হল নির্দিষ্ট মাধ্যাকর্ষণ, এবং delta-P হল ভালভের জুড়ে চাপের পতন। 5 MPa এ 10 L/min নাইট্রোজেন ভেন্ট প্রবাহ সহ একটি 100 L হাইড্রোজিনেশন চুল্লির জন্য: Cv = 10 x sqrt(0.96 / 49) = 1.40। নির্বাচিত BPR এর মার্জিনের জন্য গণনাকৃত মানের 1.5-2.0x এর একটি রেট করা Cv থাকা উচিত, এবং উপকরণগুলি প্রক্রিয়া মাধ্যম এবং তাপমাত্রার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে হবে।

প্রশ্ন: চুল্লি চাপ নিয়ন্ত্রণের জন্য সাধারণ PID টিউনিং প্যারামিটারগুলি কী কী?

উত্তর: মাঝারি-আয়তনের ব্যাচ চুল্লির জন্য (100-2000 L) গ্যাস-ফেজ চাপ নিয়ন্ত্রণ সহ, সাধারণ Ziegler-Nichols PID টিউনিং প্যারামিটারগুলি হল: প্রোপোরশনাল গেইন Kp = 2-5, ইন্টিগ্রাল টাইম Ti = 10-30 সেকেন্ড, ডেরিভেটিভ টাইম Td = 2-5 সেকেন্ড, একটি কন্ট্রোলার স্ক্যান রেট 0.1-1 সেকেন্ড সহ। প্রক্রিয়া সময় ধ্রুবক (চাপ পাত্রের আয়তন ভেন্ট রেট দ্বারা বিভক্ত) সাধারণত 10-100 সেকেন্ডের মধ্যে থাকে। দ্রুত-প্রতিক্রিয়াশীল মাইক্রোরিঅ্যাক্টরগুলির জন্য (<1 mL), 10-50 মিলিসেকেন্ডের স্ক্যান রেট এবং Kp = 0.5-2 ব্যবহার করা হয়। ক্যাসকেড নিয়ন্ত্রণ (বাইরের চাপ লুপ, ভিতরের প্রবাহ লুপ) দ্রুত গ্যাস ব্যবহার বা উত্পাদন সহ বিক্রিয়াগুলির জন্য ডিস্টার্বেন্স প্রত্যাখ্যান উন্নত করে।

প্রশ্ন: কেন কিছু চাপ নিয়ন্ত্রণ চুল্লিতে PSV এর আপস্ট্রিম একটি বার্স্ট ডিস্ক ইনস্টল করা হয়?উত্তর: PSV এর আপস্ট্রিম একটি বার্স্ট ডিস্ক তিনটি সুবিধা প্রদান করে: (1) প্রক্রিয়া ফাউলিং, ক্ষয়, বা পলিমার বিল্ড-আপ থেকে PSV কে বিচ্ছিন্ন করা যা PSV কে সেট চাপে খুলতে বাধা দিতে পারে; (2) ফেইল-ওপেন রিডান্ডেন্সি, কারণ বার্স্ট ডিস্ক PSV এর 50-200 ms এর তুলনায় <5 মিলিসেকেন্ডে খোলে; (3) বার্স্ট ডিস্ক এবং PSV এর মধ্যে একটি টেলটেল চাপ গেজ ডিস্ক ফাটল সনাক্ত করে, প্রতিস্থাপনের জন্য অনুরোধ করে। 3% নিয়ম (ASME UG-135) সম্মিলিত ইনলেট পাইপিং প্লাস বার্স্ট ডিস্ক চাপ ড্রপের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য, যার জন্য PSV এখনও সঠিকভাবে কাজ করে তা নিশ্চিত করার জন্য সতর্কতার সাথে হাইড্রোলিক বিশ্লেষণ প্রয়োজন যখন বার্স্ট ডিস্ক খোলে।