ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণ প্রক্রিয়া প্রবাহ চিত্র ব্যাখ্যা

ক্রায়োজেনিক কীভাবে বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট কাজ করে: একটি ধাপে ধাপে প্রক্রিয়া প্রবাহ

বায়ু সংকোচন ও শোধন: CO₂, আর্দ্রতা এবং হাইড্রোকার্বন অপসারণ

পরিবেশের চারপাশ থেকে আসা বাতাস এই বহু-পর্যায়ের কম্প্রেসরগুলিতে টানা হয়, যেখানে এটি প্রায় ০.৬ থেকে ০.৮ এমপিএ চাপ পর্যন্ত সংকুচিত হয়। সংকোচনের পর, বাতাসটি যা কেউ আণবিক ছাঁকনি বেড বলে, তার মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়। এই বিশেষ উপকরণগুলি কার্বন ডাইঅক্সাইড, আর্দ্রতা এবং বিভিন্ন হাইড্রোকার্বনের মতো জিনিসগুলিকে আটকে রাখে। এই দূষণকারী পদার্থগুলি অপসারণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ অন্যথায় সিস্টেমের শীতল অংশগুলিতে পরে বরফ জমা হওয়া এবং ক্ষয় হওয়ার সমস্যা হবে। অধিকাংশ আধুনিক বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট আসলে তাপমাত্রা পরিবর্তন অ্যাডসর্পশন প্রযুক্তি নামক কিছু ব্যবহার করে। সেটআপটিতে সাধারণত দুটি টাওয়ার একসাথে কাজ করে। যখন একটি টাওয়ার বাতাস পরিষ্কার করছে, তখন দ্বিতীয়টি অপচয় নাইট্রোজেন দিয়ে ফুঁ দেওয়া বা আটকে থাকা অশুদ্ধি মুক্ত করতে উপকরণটি উত্তপ্ত করে পুনরুদ্ধার করা হয়।

বিস্তৃত শীতলকরণ এবং বিস্তার টার্বাইন ও জুল–থমসন প্রভাবের মাধ্যমে তরলীকরণ

পরিশোধিত ও সংকুচিত বায়ুকে প্রথমে ওই বড় তাপ বিনিময়কারীগুলিতে ঠাণ্ডা করা হয়, যেখানে সিস্টেমের অন্য কোথাও থেকে ফিরে আসা ঠাণ্ডা পণ্য স্ট্রিমগুলির মধ্য দিয়ে এটিকে প্রবাহিত করা হয়। এই পদক্ষেপের পর তাপমাত্রা প্রায় মাইনাস ১৭৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসে নেমে যায়। প্রকৃত তরলীকরণ মূলত টার্বোএক্সপ্যান্ডারগুলির ভিতরে ঘটে—এগুলি বেশ দক্ষ যন্ত্র, যেখানে গ্যাস দ্রুত প্রসারিত হয় এবং চাপ শক্তিকে একই সময়ে যান্ত্রিক কাজে রূপান্তরিত করে, এবং জুল-থমসন প্রভাব নামক ঘটনার কারণে বস্তুগুলিকে ঠাণ্ডা করে। নাইট্রোজেনের স্ফুটনাঙ্ক প্রায় মাইনাস ১৯৬ ডিগ্রি এবং অক্সিজেনের স্ফুটনাঙ্ক মাইনাস ১৮৩ ডিগ্রি, তাই এদের ভিন্ন স্ফুটনাঙ্কগুলি আমাদের ডিসটিলেশন পর্যায়ে পৌঁছানোর আগেই এদেরকে আলাদা আলাদা অবস্থায় (ফেজে) পৃথক করতে সাহায্য করে।

লিন্ডে ডাবল কলামে ক্রায়োজেনিক ডিসটিলেশন: অক্সিজেন, নাইট্রোজেন এবং আর্গন স্ট্রিমগুলির পৃথকীকরণ

যখন তরলীকৃত বায়ু একটি ডুয়াল-কলাম আস্তিলেশন (দ্বি-স্তম্ভ আস্তিলেশন) সেটআপে প্রবেশ করে, তখন এটি আজকের বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটগুলির একটি প্রধান উপাদানকে চিহ্নিত করে। উচ্চ চাপ কলামের ভিতরে, যা প্রায় ৫ থেকে ৬ বার চাপে কাজ করে, নাইট্রোজেন বাষ্প হিসেবে উপরের দিকে ওঠে, অন্যদিকে অক্সিজেন-সমৃদ্ধ তরল নীচের দিকে নেমে আসে। এই তরলটি পরে প্রায় ১.২ থেকে ১.৩ বার চাপে নিম্ন চাপ কলামে ছাড়া হয়, যেখানে সাবধানে নিয়ন্ত্রিত রিফ্লাক্স শর্তে প্রকৃত পৃথকীকরণ ঘটে। আর্গন বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য কারণ এটি প্রায় মাইনাস ১৮৬ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ফুটে, ফলে এটি স্বাভাবিকভাবেই এই দুটি কলামের মধ্যবর্তী একটি বিশেষ অংশে জমা হয়। এই সমগ্র প্রক্রিয়াটি অবিরামভাবে চলতে থাকে এবং প্রায় ৯৯.৫ শতাংশ বিশুদ্ধ অক্সিজেন এবং প্রায় ৯৯.৯৯৯ শতাংশ বিশুদ্ধ নাইট্রোজেন উৎপাদন করে। এই মানগুলি ISO ৮৫৭৩-১ মানের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে এবং স্বাস্থ্যসেবা প্রতিষ্ঠান, ধাতু প্রক্রিয়াকরণ কারখানা এবং অর্ধপরিবাহী উৎপাদন কার্যক্রমসহ বিভিন্ন শিল্পে এখন এটি একটি মানসম্মত অনুশীলনে পরিণত হয়েছে।

আধুনিক বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটগুলিতে প্রধান সরঞ্জাম: কোল্ড বক্স এবং তাপ একীকরণ

কোল্ড বক্স ডিজাইন: কলাম, তাপ বিনিময়কারী এবং পাইপিং-এর সংক্ষিপ্ত একীকরণ

বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটের কেন্দ্রে অবস্থিত হল আমরা যাকে 'কোল্ড বক্স' বলি, যা মূলত একটি ঘনীভূতভাবে তাপ-পৃথকীকৃত কক্ষ, যা একটি বড় ভ্যাকুয়াম জ্যাকেটের মধ্যে সমস্ত উপাদানকে একত্রে ধরে রাখে। এই কক্ষের ভিতরে আস্তরণযুক্ত বিস্তৃত দস্তা-অ্যালুমিনিয়াম তাপ বিনিময়কারীগুলির পাশাপাশি বিভিন্ন ক্রায়োজেনিক পাইপ ও আস্তরণযুক্ত আস্তরণ টাওয়ারগুলি অবস্থিত। সমগ্র ব্যবস্থাটি আসলে বেশ চতুর। কারণ সমস্ত উপাদান এত ঘনিষ্ঠভাবে স্থাপন করা হয়েছে যে, অবাঞ্ছিত তাপ প্রবেশের সম্ভাবনা অনেক কমে যায়—যা তাপমাত্রা মাইনাস ১৮০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের নীচে নেমে গেলে বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে। রক্ষণাবেক্ষণ দলগুলিও এই ডিজাইনকে পছন্দ করে, কারণ উপাদানগুলি যখন সব জায়গায় ছড়িয়ে থাকে তখন যে পুরনো ব্যবস্থাগুলিতে মেরামত করতে সময় বেশি লাগত, তার তুলনায় এখানে মেরামত করতে প্রায় ৩০% কম সময় লাগে। এই বক্সগুলি মূলত শক্তিশালী স্টেইনলেস স্টিল এবং কিছু অ্যালুমিনিয়াম মিশ্র ধাতু দিয়ে তৈরি, যা প্রসারণ ও সংকোচনের পার্থক্যগুলি স্বাভাবিকভাবে সহ্য করতে পারে। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হলো, এগুলি সমগ্র প্রক্রিয়াজুড়ে অক্সিজেন, নাইট্রোজেন এবং আর্গন স্ট্রিমগুলিকে পৃথক রাখে, যাতে কোনও মিশ্রণ না হয় এবং অপারেশনগুলি বছরের পর বছর ধরে নির্ভরযোগ্য থাকে।

প্রধান তাপ বিনিময়কারী নেটওয়ার্ক এবং শক্তি পুনরুদ্ধার কৌশল

আজকের বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটগুলি বর্জ্য নাইট্রোজেন এবং শীতল পণ্য স্ট্রিম থেকে মূল্যবান শীতলীকরণ ধরে রাখার জন্য উন্নত তাপ বিনিময় সিস্টেমের উপর অত্যন্ত নির্ভরশীল। বিপরীত প্রবাহ ডিজাইনটি খুব চতুরভাবে কাজ করে—এটি আসন্ন বায়ু স্ট্রিমকে শীতল করে একই সময়ে বহির্গামী স্ট্রিমকে উত্তপ্ত করে, যার ফলে তাপমাত্রার পার্থক্য প্রায় ৩ ডিগ্রি সেলসিয়াসের মতো কমে যায়। এই অভূতপূর্ব অর্জনটি মূলত সাম্প্রতিক সময়ে আবিষ্কৃত এই নতুন প্রজন্মের ব্রেজড অ্যালুমিনিয়াম এক্সচেঞ্জারগুলির জন্য ধন্যবাদ। বাস্তব বিশ্বের কার্যকারিতা পর্যালোচনা করলে দেখা যায় যে, পুরনো মডেলগুলির তুলনায় এই আধুনিক সেটআপগুলি সাধারণত মোট শক্তি ব্যবহারকে ৪০ থেকে ৫০ শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। প্রতিদিন একাধিক শিফটে চলমান বৃহৎ শিল্প অপারেশনগুলির জন্য, এটি শুধুমাত্র পরিচালন ব্যয়ে প্রতি বছর প্রায় ২.৮ মিলিয়ন মার্কিন ডলার সাশ্রয়ের সমান—এই অঙ্কগুলি ২০২২ সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের শক্তি বিভাগের শিল্প প্রযুক্তি পদক্ষেপ থেকে সংগৃহীত হয়েছিল।

ক্রায়োজেনিক্স কেন? স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্যের মাধ্যমে উচ্চ-বিশুদ্ধির গ্যাস উৎপাদন সম্ভব

ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণ এখনও শিল্পক্ষেত্রে অক্সিজেন, নাইট্রোজেন এবং আর্গনের মতো অত্যন্ত বিশুদ্ধ গ্যাসগুলি বৃহৎ পরিমাণে উৎপাদন করার মূলত একমাত্র পদ্ধতি। এই প্রক্রিয়াটি কাজ করে কারণ এই গ্যাসগুলির স্ফুটনাঙ্ক ভিন্ন, যা উৎপাদকদের এদেরকে বেশ পরিষ্কারভাবে পৃথক করতে সক্ষম করে—যার বিশুদ্ধি প্রায়শই ৯৯.৫% এর উপরে যায়। ASTM এবং ISO-এর মতো মান নির্ধারণকারী সংস্থাগুলি তাদের D1946 এবং 8573-1 বিদ্যমান মান দিয়ে এই প্রক্রিয়াকে সমর্থন করে। আসল সংখ্যাগুলির দিকে লক্ষ্য করলে, নাইট্রোজেনের স্ফুটনাঙ্ক প্রায় -১৯৬ ডিগ্রি সেলসিয়াস, আর্গনের প্রায় -১৮৬ ডিগ্রি সেলসিয়াস এবং অক্সিজেনের প্রায় -১৮৩ ডিগ্রি সেলসিয়াস। এই ক্ষুদ্র তাপমাত্রা পার্থক্যগুলি ব্যবহারিক দিক থেকে খুবই গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এগুলি তরলীকরণ প্রক্রিয়ার পরে ভগ্নাংশীয় আস্তিল পদ্ধতিতে প্রতিটি গ্যাসের পৃথকীকরণ নির্ধারণ করে। এটি কেন কাজ করে তা ঠিক বোঝার জন্য নিচের টেবিলটি দেখুন, যেখানে এই নির্বাচনী পৃথকীকরণ পদ্ধতির পেছনের সমস্ত গুরুত্বপূর্ণ তাপগতীয় বিবরণ রয়েছে।

এই চমকপ্রদ আয়তন হ্রাস (৭১০–৮৭৫) তরলীকৃত গ্যাসগুলির দক্ষ সংরক্ষণ ও পরিবহনকে সম্ভব করে, যা অর্ধপরিবাহী উৎপাদন, মহাকাশ শিল্প এবং হাসপাতালের অক্সিজেন সিস্টেমসহ স্থির ও উচ্চ-বিশিষ্টিকরণযুক্ত সরবরাহ প্রয়োজন এমন খাতগুলির জন্য ক্রায়োজেনিক্সকে অপরিহার্য করে তোলে।