একটি এক্সট্রাকশন চাপ জাহাজ কি? নকশা, নীতিমালা এবং অ্যাপ্লিকেশন

এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেল কী? ডিজাইন, নীতি ও প্রয়োগ

মূল প্রশ্নের উত্তর:এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেল কী এবং এটি কীভাবে নিয়ন্ত্রিত চাপে দ্রাবক বা সুপারক্রিটিক্যাল ফ্লুইড এক্সট্রাকশন সম্পাদন করে?একটি এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেল হল একটি ASME সেকশন VIII-কোডেড প্রেসার-রেটেড কন্টেইনার যা চাপ, তাপমাত্রা এবং ইন্টারফেসিয়াল কন্টাক্ট এরিয়া নিয়ন্ত্রণ করে একটি সলিড বা লিকুইড ফিড থেকে একটি দ্রাবক ফেজে টার্গেট সলিউট স্থানান্তর করতে সক্ষম করে। সুপারক্রিটিক্যাল CO2 এক্সট্রাকশন ভেসেলগুলি ক্রিটিক্যাল পয়েন্টের (31.1°C এবং 7.38 MPa) উপরে কাজ করে যেখানে দ্রাবকের ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের কাছাকাছি আসে এবং গ্যাসের মতো ডিফিউসিভিটি বজায় রাখে। লিকুইড-লিকুইড এক্সট্রাকশন ভেসেলগুলি 0.1-4 MPa চাপে মিক্সার-সেটলার বা পালস কলাম ব্যবহার করে 5-500 এর ডিস্ট্রিবিউশন কোএফিসিয়েন্ট (Kd) অর্জন করে দক্ষ সলিউট পুনরুদ্ধারের জন্য।

1. এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেলের মূল কার্যপ্রণালী

একটি প্রেসার ভেসেলের মধ্যে অর্জিত এক্সট্রাকশন দক্ষতা ফেজগুলির মধ্যে থার্মোডাইনামিক ভারসাম্য, ইন্টারফেসিয়াল মাস ট্রান্সফার কাইনেটিক্স এবং ড্রপলেট গঠন ও জমাটবদ্ধতা নিয়ন্ত্রণকারী হাইড্রোডাইনামিক অবস্থার উপর নির্ভর করে।

• থার্মোডাইনামিক ডিস্ট্রিবিউশন ভারসাম্য:এক্সট্রাকশনের মৌলিক চালিকা শক্তি হল ডিস্ট্রিবিউশন কোএফিসিয়েন্ট Kd = Csolute,extract / Csolute,raffinate, যা নের্ন্সট ডিস্ট্রিবিউশন আইন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। সুপারক্রিটিক্যাল CO2 সিস্টেমের জন্য, দ্রাবকের ঘনত্ব—এবং তাই দ্রবীভূত করার ক্ষমতা—সরাসরি চাপ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়: 31.1°C তাপমাত্রায় 7.38 MPa এর উপরে, CO2 সুপারক্রিটিক্যাল অঞ্চলে প্রবেশ করে যেখানে ছোট চাপের পরিবর্তন (যেমন, 10 থেকে 30 MPa) দ্রবণীয়তাকে এক অর্ডারের মাত্রায় বাড়াতে পারে। সিলেক্টিভিটি ফ্যাক্টর α = Kd,A / Kd,B টার্গেট এবং নন-টার্গেট যৌগগুলির মধ্যে পৃথকীকরণের দক্ষতা নির্ধারণ করে।
• ইন্টারফেসিয়াল মাস ট্রান্সফার কাইনেটিক্স:সলিউট স্থানান্তরের হার টু-ফিল্ম তত্ত্ব দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়: N = kLa·(C* - Cb), যেখানে kLa হল ভলিউমেট্রিক মাস ট্রান্সফার কোএফিসিয়েন্ট (লিকুইড-লিকুইড সিস্টেমের জন্য সাধারণত 0.01-0.1 s⁻¹), C* হল ইন্টারফেসে ভারসাম্য ঘনত্ব, এবং Cb হল বাল্ক ঘনত্ব। *ওয়েবার নম্বর (We)* = ρ·v²·d/σ মিক্সার-সেটলার ভেসেলগুলিতে ড্রপলেট ভাঙন চিহ্নিত করে; We > 6 বজায় রাখা অপ্টিমাল ইন্টারফেসিয়াল এলাকার জন্য 0.5-3 মিমি ব্যাসের ড্রপলেটে বিচ্ছুরণ নিশ্চিত করে। সুপারক্রিটিক্যাল এক্সট্রাকশনে, 10⁻⁷ সেমি²/সেকেন্ড (10-100* তরল দ্রাবক) এর ডিফিউসিভিটিগুলি ইন্ট্রাপার্টিকল ডিফিউশনকে ত্বরান্বিত করে।
• চাপ-নিয়ন্ত্রিত ফেজ পৃথকীকরণ:সুপারক্রিটিক্যাল ফ্লুইড এক্সট্রাকশনে, একটি সেপারেটর ভেসেলের চাপ কমানো (এক্সট্রাকশন চাপ থেকে 3-5 MPa) CO2 কে ফ্ল্যাশ করে, এর দ্রাবক ক্ষমতা কমিয়ে দেয় এবং নিষ্কাশিত সলিউটকে অধঃক্ষিপ্ত করে। এই চাপ সুইং পদ্ধতি থার্মাল ডিসোর্পশনের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, তাপ-সংবেদনশীল যৌগ যেমন অপরিহার্য তেল (60°C এর উপরে পচে যায়) এবং ফার্মাসিউটিক্যালস সংরক্ষণ করে। *মার্কেট নীতি* (ফেজ এনভেলপের সাথে P-T সম্পর্ক) মাল্টি-স্টেজ সেপারেটরগুলির নকশা নিয়ন্ত্রণ করে।

2. এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেলের প্রধান প্রকারভেদ

শিল্প এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেলগুলি ফিড এবং দ্রাবক ফেজগুলির মধ্যে যোগাযোগের ধরণ দ্বারা কনফিগার করা হয়। ফার্মাসিউটিক্যাল, খাদ্য এবং রাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তিনটি প্রধান নকশা প্রভাবশালী:

• সুপারক্রিটিক্যাল CO2 এক্সট্রাকশন ভেসেল:এই উচ্চ-চাপের ASME ভেসেলগুলি (7.4-48 MPa ডিজাইন, 40-80°C অপারেটিং) সুপারক্রিটিক্যাল CO2 কে একটি টিউনযোগ্য দ্রাবক হিসাবে ব্যবহার করে বোটানিক্যাল, ফার্মাসিউটিক্যাল এবং খাদ্য-গ্রেডের যৌগগুলি নিষ্কাশন করে। ভেসেলের আয়তন 50 লিটার (পাইলট) থেকে 5,000 লিটার (শিল্প) পর্যন্ত হয়, 2-4 ঘন্টার ব্যাচে 90-98% এক্সট্রাকশন দক্ষতা অর্জন করে। অভ্যন্তরীণ ঝুড়িগুলি কঠিন ফিড উপাদান ধারণ করে; তরল ফিডগুলি স্ট্রাকচার্ড প্যাকিং সহ প্যাকড কলাম ব্যবহার করে। *মার্কেট নীতি* নিষ্কাশিত সলিউটগুলির চাপ-সুইং অধঃক্ষেপণের জন্য সেপারেটর নকশার নির্দেশনা দেয়।
• মিক্সার-সেটলার এক্সট্রাকশন ভেসেল:এই অনুভূমিক বা উল্লম্ব প্রেসার ভেসেলগুলি (0.1-4 MPa ডিজাইন) একটি একক ASME-কোডেড শেল-এ একটি মিক্সিং চেম্বারকে একটি গ্র্যাভিটি সেটিং জোনের সাথে একত্রিত করে। 200-600 RPM এ রাস্টন টারবাইন ইম্পেলারগুলি (6-ব্লেড, D/T = 0.33-0.5) দ্রাবক ফেজকে 0.5-3 মিমি ড্রপলেটে ছড়িয়ে দেয়, 0.02-0.08 s⁻¹ এর kLa মান অর্জন করে। সেটলার রেসিডেন্স টাইম 15-30 মিনিট ফেজ জমাটবদ্ধতার অনুমতি দেয়। 3-10 মিক্সার-সেটলার ইউনিটের মাল্টি-স্টেজ ক্যাসকেড 10 এর বেশি ডিস্ট্রিবিউশন কোএফিসিয়েন্ট Kd সহ 99%+ এক্সট্রাকশন অর্জন করে।
• পালস কলাম এক্সট্রাকশন ভেসেল:এই লম্বা উল্লম্ব প্রেসার কলামগুলি (0.5-3 MPa, H/D = 8-15) যান্ত্রিক আলোড়ন ছাড়াই নিয়ন্ত্রিত ড্রপলেট বিচ্ছুরণ তৈরি করতে রেসিপ্রোকেটিং প্লেট স্ট্যাক বা এয়ার পালসেশন (ফ্রিকোয়েন্সি 1-3 Hz, অ্যামপ্লিটিউড 6-25 মিমি) ব্যবহার করে। পালস শক্তি ইনপুট ড্রপলেট ভাঙনের জন্য *ওয়েবার নম্বর* কে অপ্টিমাল রেঞ্জে রাখে। 20% খোলা এলাকা এবং 50-100 মিমি প্লেট ব্যবধান সহ সিভ-প্লেট কলামগুলির সাথে 5-100 মি³/ঘন্টা এর থ্রুপুট ক্ষমতা অর্জন করা হয়, যা পারমাণবিক জ্বালানী প্রক্রিয়াকরণ এবং বিরল-পৃথিবী পৃথকীকরণের জন্য উপযুক্ত।

এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেল প্রকারের তুলনা ম্যাট্রিক্স

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী (FAQ)

প্রশ্ন: এক্সট্রাকশন প্রেসার ভেসেলের জন্য সুপারক্রিটিক্যাল CO2 কেন জৈব দ্রাবকের চেয়ে বেশি পছন্দ করা হয়?

উত্তর: সুপারক্রিটিক্যাল CO2 চাপ সমন্বয়ের মাধ্যমে টিউনযোগ্য দ্রাবক শক্তি, অদাহ্য অপারেশন (কোন জৈব বাষ্পের বিপদ নেই), চাপ কমানোর সময় CO2 সম্পূর্ণরূপে বাষ্পীভূত হওয়ায় নিষ্কাশিত পণ্যে শূন্য দ্রাবক অবশিষ্টাংশ এবং তাপ-সংবেদনশীল যৌগগুলি সংরক্ষণকারী হালকা অপারেটিং তাপমাত্রা (31.1-80°C) সরবরাহ করে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি এটিকে খাদ্য, ফার্মাসিউটিক্যাল এবং কসমেটিক এক্সট্রাকশনের জন্য পছন্দের দ্রাবক করে তোলে যেখানে জৈব দ্রাবক অবশিষ্টাংশ ICH Q3C সীমার অধীনে নিয়ন্ত্রিত হয়।

প্রশ্ন: ডিস্ট্রিবিউশন কোএফিসিয়েন্ট কী এবং এক্সট্রাকশন ভেসেল ডিজাইনের জন্য এটি কেন গুরুত্বপূর্ণ?

উত্তর: ডিস্ট্রিবিউশন কোএফিসিয়েন্ট Kd = C(extract phase) / C(raffinate phase) পরিমাপ করে যে একটি সলিউট দ্রাবক ফেজে কতটা দৃঢ়ভাবে বিভক্ত হয়। Kd > 10 অনুকূল এক্সট্রাকশন নির্দেশ করে এবং কম সংখ্যক ভারসাম্য পর্যায় প্রয়োজন হয়। সিলেক্টিভিটি α = Kd(target)/Kd(impurity) পৃথকীকরণের নির্দিষ্টতা নির্ধারণ করে। ভেসেল ডিজাইনাররা ক্রেমসার সমীকরণ ব্যবহার করে তাত্ত্বিক পর্যায়গুলির সংখ্যা গণনা করতে Kd ব্যবহার করেন, সরাসরি মিক্সার-সেটলার ক্যাসকেড বা কলামের উচ্চতা নির্ধারণ করেন।

প্রশ্ন: মিক্সার-সেটলার এক্সট্রাকশন ভেসেলগুলিতে ফেজ জমাটবদ্ধতা কীভাবে পরিচালিত হয়?

উত্তর: সেটলার বিভাগে জমাটবদ্ধতা 15-30 মিনিটের রেসিডেন্স টাইম বজায় রেখে, রেনল্ডস নম্বর < 200 (ল্যামিনার ফ্লো) সহ একটি শান্ত অঞ্চল সরবরাহ করে এবং জমাটবদ্ধ প্লেট বা মেশ প্যাড স্থাপন করে যা ড্রপলেট সংঘর্ষের ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ায়। ইন্টারফেস স্তরটি একটি লেভেল ট্রান্সমিটার (LT) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যা হেভি-ফেজ আউটলেট ভালভ নিয়ন্ত্রণ করে। ইমালসন গঠনের প্রবণতাযুক্ত সিস্টেমে, ডিমালসিফায়ার ডোজিং বা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক জমাটবদ্ধতা প্রয়োগ করা যেতে পারে।প্রশ্ন: সুপারক্রিটিক্যাল CO2 এক্সট্রাকশন ভেসেলগুলির জন্য কী সুরক্ষা ব্যবস্থা প্রয়োজন?

উত্তর: 48 MPa পর্যন্ত ডিজাইন করা সুপারক্রিটিক্যাল CO2 ভেসেলগুলির জন্য ASME সেকশন VIII ডিভিশন 1 বা 2 সার্টিফিকেশন, ডিজাইন চাপের 110% এ রেট করা বার্স্ট ডিস্ক প্রেসার রিলিফ, দরজা বন্ধ যাচাইকরণের জন্য স্বয়ংক্রিয় ইন্টারলক (খোলা দরজায় কোন চাপ নেই), 1% v/v অ্যালার্ম থ্রেশহোল্ড সহ CO2 লিক ডিটেক্টর এবং একটি নিরাপদ বহিরাগত স্থানে জরুরি ভেন্টিং প্রয়োজন। সিস্টেমটিতে গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমন কমাতে একটি CO2 পুনরুদ্ধার/রিসাইকেল লুপও অন্তর্ভুক্ত থাকতে হবে, যা সাধারণত 95%+ CO2 পুনরুদ্ধার অর্জন করে।

ট্যাগ:

স্টেইনলেস স্টিল রিঅ্যাক্টর, ইন্ডাস্ট্রিয়াল কেমিক্যাল রিঅ্যাক্টর, ইন্ডাস্ট্রিয়াল কেমিক্যাল রিঅ্যাক্টর