তরল বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট: প্রক্রিয়া ও প্রয়োগ

তরল পূরণ বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট কাজ: ক্রায়োজেনিক আস্তিলীকরণ প্রক্রিয়া

তরলীকরণ এবং স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য: নাইট্রোজেন, অক্সিজেন এবং আর্গন পৃথক করা

ক্রায়োজেনিক আস্তিলন প্রক্রিয়াটি নাইট্রোজেন, অক্সিজেন এবং আর্গনকে পৃথক করে যায় প্রতিটি গ্যাসের স্ফুটনাঙ্ক ভিন্ন হওয়ায়—অর্থাৎ প্রতিটি গ্যাস ভিন্ন ভিন্ন তাপমাত্রায় ফুটে। প্রথমে, সাধারণ বায়ুকে প্রায় ৬ বার চাপে সংকুচিত করা হয় এবং তারপর প্রায় -১৭৫ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় শীতল করা হয় যাতে তা তরল অবস্থায় পরিণত হয় এবং পৃথকীকরণের জন্য প্রস্তুত হয়। পুনরায় উত্তপ্ত করলে, নাইট্রোজেন প্রথমে প্রায় -১৯৫.৮ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় বাষ্পীভূত হতে শুরু করে, তারপর আর্গন -১৮৫.৯ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বাষ্পীভূত হয় এবং শেষে অক্সিজেন -১৮৩ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বাষ্পীভূত হয়। এখানে নাইট্রোজেন ও অক্সিজেনের মধ্যে পৃথকীকরণের সময় একটি বেশ গুরুত্বপূর্ণ ১৩ ডিগ্রির তাপমাত্রা ব্যবধান রয়েছে, যা আস্তিলন টাওয়ারগুলিতে পরিষ্কার ফলাফল পাওয়ার জন্য সমস্ত পার্থক্য তৈরি করে। এই সূক্ষ্ম তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের কারণে, আজকের বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট (ASUs) গুলি নির্ভরযোগ্যভাবে ৯৯.৫% এর বেশি বিশুদ্ধতায় অক্সিজেন ও নাইট্রোজেন উৎপাদন করতে পারে, এবং প্রক্রিয়াটিতে উপলব্ধ আর্গনের ৯৫% এর বেশি পুনরুদ্ধার করতে পারে।

কেন তরল বায়ু অপরিহার্য কাঁচামাল—তাপগতিবিদ্যা ও শক্তি একীকরণ

তরল বায়ু বৃহৎ এএসইউ (ASU) অপারেশনগুলির জন্য অপরিহার্য প্রাথমিক উপাদান হিসেবে কাজ করে, শুধুমাত্র এটি সুবিধাজনক বলেই নয়, বরং এটি তাপগতিবিদ্যা অনুযায়ী কীভাবে কাজ করে তার উপর ভিত্তি করে। যখন আমরা বায়ুকে তরলীভূত করি, তখন আমরা মূলত এর আয়তনকে প্রায় ৭০০ গুণ পর্যন্ত সংকুচিত করি, যার ফলে আমরা এটিকে ছোট স্থানে সংরক্ষণ করতে পারি, তাপ স্থানান্তর অধিক কার্যকরভাবে সম্পন্ন করতে পারি এবং ডিসটিলেশন কলামগুলি নিরবিচ্ছিন্নভাবে পরিচালনা করতে পারি। অবশ্যই, কোনো কিছুকে সংকুচিত করা অনেক শক্তি খরচ করে, কিন্তু তরল অক্সিজেন ও নাইট্রোজেন স্ট্রিমের মতো পণ্যগুলি থেকে সেই শীতলতা পুনরুদ্ধার করার জন্য বুদ্ধিমান সিস্টেমগুলি বিকশিত করা হয়েছে। এটি মোট শক্তি চাহিদা প্রায় ৩০% থেকে ৪০% পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। এই দক্ষতার কারণে, ক্রায়োজেনিক ডিসটিলেশন প্রক্রিয়াটি ১০০ টন প্রতি দিনের চেয়ে বড় স্কেলের অপারেশনগুলির জন্য এখনও প্রধান পদ্ধতি হিসেবে বিবেচিত হয়, কারণ মেমব্রেন বা প্রেশার সোর্স অ্যাডসর্পশন (PSA) সহ অন্যান্য পদ্ধতিগুলি প্রয়োজনীয় উৎপাদন মাত্রা বা বিশুদ্ধতার মানদণ্ড পূরণ করতে পারে না। এভাবে ভাবুন: প্রতি ঘণ্টায় ৫,০০০ এনএম³ অক্সিজেন উৎপাদনকারী প্লান্টগুলি মাত্র অর্ধ-একর জমিতে সহজেই স্থাপন করা যায়, যা বিকল্প প্রযুক্তিগুলির ক্ষেত্রে অসম্ভব হবে।

বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটগুলির মূল প্রক্রিয়া পর্যায়

সংকোচন ও পরিশোধন: হিমায়ন রোধের জন্য CO₂, আর্দ্রতা এবং হাইড্রোকার্বন অপসারণ

বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটগুলি প্রথমে পরিবেশগত বায়ুকে প্রায় ১৫০ পাউন্ড-ফোর্স প্রতি বর্গ ইঞ্চি (≈১০ বার) চাপে সংকুচিত করে, যাতে নিম্ন-প্রবাহ প্রক্রিয়াজাতকরণের জন্য এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়। এই চাপযুক্ত বায়ুটি তারপর একটি বহু-পর্যায়ের পরিশোধন ট্রেনের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, যা ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় হিমায়িত বা বিক্রিয়াজাত হতে পারে এমন দূষণকারী পদার্থগুলি অপসারণ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে:

• কণা ফিল্টার ধূলিকণা এবং যান্ত্রিক আবর্জনা অপসারণ করে
• সম্মিশ্রণ ফিল্টারগুলি কম্প্রেসর লুব্রিক্যান্ট থেকে তেলের কুয়াশা অপসারণ করে
• অ্যাডসর্পশন বেড সক্রিয় অ্যালুমিনা এবং জিওলাইট সমন্বিত যা আর্দ্রতা এবং CO₂ শোষণ করে

এই পর্যায়ক্রমিক পদ্ধতি হিট এক্সচেঞ্জারে বরফ গঠন রোধ করে এবং অক্সিজেন-সমৃদ্ধ পরিবেশে বিস্ফোরণের পরিচিত ঝুঁকি হিসাবে পরিচিত অ্যাসিটিলিন জমাটবদ্ধ হওয়া রোধ করে। উপযুক্ত পরিশোধন আণবিক ছাঁকনির সেবা আয়ু ৩০–৪০% পর্যন্ত বৃদ্ধি করে, যা জীবনচক্র ভিত্তিক রক্ষণাবেক্ষণ খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।

শীতলীকরণ, প্রসারণ ও ভাগ করা: গ্যাসীয় বায়ু থেকে উচ্চ-বিশুদ্ধতার তরল পণ্য

পরিশোধনের পর, বায়ু ক্রায়োজেনিক অংশে প্রবেশ করে, যেখানে ব্রেজড অ্যালুমিনিয়াম প্লেট-ফিন এক্সচেঞ্জারগুলিতে কাউন্টারফ্লো তাপ বিনিময়ের মাধ্যমে এটি ~°১৮৫ সেলসিয়াস তাপমাত্রায় শীতল করা হয়। এর একটি অংশ টারবাইনের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত প্রসারণের মাধ্যমে যায়, যার ফলে জুল-থমসন প্রভাব কাজ করে আংশিক তরলীকরণ ঘটে। ফলস্বরূপ উৎপন্ন দ্বি-পর্যায় মিশ্রণটি একটি ডুয়াল-কলাম আস্তিল পদ্ধতিতে প্রবেশ করে:

অবিরাম ঘনীভবন ও পুনঃউত্তাপন চক্রগুলি উপাদানগুলিকে নির্ভুলভাবে পৃথক করে। প্রসারণের সময় শক্তি পুনঃউদ্ধার করা হয়, যা সংকোচন শক্তির ৬৫–৭৫% পুনঃগ্রহণ করে—এই প্রক্রিয়াটিকে তাপগতিবিদ্যা ও কার্যকরী দৃষ্টিকোণ থেকে টেকসই করে তোলে।

বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটের প্রধান শিল্পগত প্রয়োগ

ভারী শিল্পের চাহিদা: ইস্পাত তৈরি, রাসায়নিক সংশ্লেষণ এবং গ্যাসীয় ও তরল অক্সিজেন/নাইট্রোজেন ব্যবহার করে পরিশোধন

বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট (ASU) উৎপাদন শিল্পের বিভিন্ন মূল শাখায় অক্সিজেন ও নাইট্রোজেনের গ্যাসীয় এবং তরল উভয় রূপে সরবরাহ করে। উদাহরণস্বরূপ, ইস্পাত উৎপাদন নিয়ে আলোচনা করা যাক। যখন উৎপাদকরা অক্সিজেন সরাসরি ব্লাস্ট ফার্নেস বা বেসিক অক্সিজেন ফার্নেসে ইনজেক্ট করেন, তখন তারা উন্নত দহন ফলাফল পান। এটি সাধারণত কোক ব্যবহার প্রায় ২০ থেকে ৩০ শতাংশ কমিয়ে দেয় এবং প্রতি টন ইস্পাত উৎপাদনে কার্বন ডাইঅক্সাইড নিঃসরণও কমিয়ে দেয়। যেসব রাসায়নিক প্রক্রিয়ায় অক্সিজেন দ্বারা দূষণ থেকে রক্ষা পাওয়া প্রয়োজন, সেখানে তরল নাইট্রোজেন একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এখানে ইথিলিন অক্সাইড উৎপাদনের কথা উল্লেখ করা যায়, কারণ অক্সিজেনের ক্ষুদ্রতম চিহ্নও বিপজ্জনক বিয়োজন বিক্রিয়ার কারণ হতে পারে। রিফাইনারিগুলিও প্রায় ৯৯.৫% বা তার বেশি উচ্চ বিশুদ্ধতার অক্সিজেন ব্যবহার করে উপকৃত হয়। এই বিশুদ্ধতার মাত্রা উত্প্রেরক-সক্রিয় ক্র্যাকিং প্রক্রিয়াগুলিকে বৃদ্ধি করে এবং উত্প্রেরকগুলির সময়ের সাথে সাথে নিষ্ক্রিয় হওয়ার চিন্তা ছাড়াই কার্যকর হাইড্রোডিসালফুরাইজেশন বজায় রাখতে সাহায্য করে। তরল রূপের সুবিধা কেবল কার্যকারিতার মধ্যেই সীমাবদ্ধ নয়। কারণ তরলগুলি ছোট আয়তনে বেশি শক্তি সংকুলিত করে এবং যাতায়াতের জন্য বৃহত্তর যৌক্তিক বিকল্প প্রদান করে, তাই ASU-এর সাথে নিজ অপারেশনগুলিকে একীভূত করে এমন কোম্পানিগুলি সাধারণত গ্যাস সরবরাহের জন্য কেবল পাইপলাইন নির্ভরশীলতা থেকে তুলনামূলকভাবে প্রায় ৪০% কম পরিবহন ব্যয় দেখতে পায়।

উচ্চ-বিশুদ্ধির বিশেষায়িত অ্যাপ্লিকেশন: চিকিৎসা অক্সিজেন, পরিবর্তিত বায়ুমণ্ডল প্যাকেজিং এবং সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদন

বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটগুলি কেবলমাত্র বৃহৎ পরিমাণে গ্যাস উৎপাদন করে না। এগুলি আসলে অত্যন্ত বিশুদ্ধ গ্যাস তৈরি করে যা কিছু অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অপরিহার্য। উদাহরণস্বরূপ, চিকিৎসা মানের অক্সিজেন। এটি অবশ্যই USP/EP মানদণ্ড অনুযায়ী কমপক্ষে ৯৯.৫% বিশুদ্ধ হতে হবে এবং শ্বাস-সহায়তা প্রয়োজন এমন রোগীদের বা তীব্র যত্ন ইউনিটে (ICU) থাকা রোগীদের জন্য এটি সম্পূর্ণরূপে অপরিহার্য। সাম্প্রতিক বৃহৎ স্বাস্থ্য সংকটের সময় এই চাহিদা প্রায় ২৫% বৃদ্ধি পেয়েছিল। খাদ্য শিল্পও নাইট্রোজেনের বৈশিষ্ট্যের উপর ব্যাপকভাবে নির্ভরশীল। যখন প্যাকেজ করা খাদ্যদ্রব্যগুলিকে পরিবর্তিত বায়ুমণ্ডল প্যাকেজিং (MAP) এ রাখা হয়, তখন নাইট্রোজেন জারণ ও অণুজীবীয় বৃদ্ধিকে বাধা দিয়ে ক্ষয় রোধ করে। এটি পণ্যের স্টোরেজ সময় উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়ায় এবং এই খাদ্য শিল্পের মধ্যে প্রায় ৩০% খাদ্য বর্জ্য সমস্যাকে কমিয়ে দেয়। আর তারপর আছে অর্ধপরিবাহী উৎপাদন, যেখানে পরিস্থিতি আরও বেশি নির্ভুলতা চায়। এই অপারেশনগুলির জন্য নাইট্রোজেনের বিশুদ্ধতা অবশ্যই ৯৯.৯৯৯% (যা ৫N বিশুদ্ধতা নামে পরিচিত) হতে হবে এবং অক্সিজেন দূষণ এক মিলিয়নের এক অংশের (1 ppm) নিচে থাকতে হবে। ক্রায়োজেনিক আস্তিল পদ্ধতি এমন নির্ভুলতা অর্জনের একমাত্র পদ্ধতি, যা নির্দোষ সিলিকন ওয়েফার উৎপাদনে সমস্ত পার্থক্য তৈরি করে।

আধুনিক বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিটে ডিজাইন ও নির্ভরযোগ্যতা

আজকের এএসইউগুলি শিল্প পরিবেশে কঠিন পরিস্থিতির মধ্যেও অবিরামভাবে চালানোর জন্য নির্মিত হয়। এই সিস্টেমগুলিতে ব্যাকআপ কম্প্রেসর এবং বিশেষ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা রয়েছে যা সেই অত্যন্ত শীতল কলামগুলিকে প্লাস বা মাইনাস আধা ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে স্থিতিশীল রাখে। এই তাপমাত্রা স্থিতিশীলতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি নিশ্চিত করে যে বিচ্ছেদ প্রক্রিয়াটি সঠিকভাবে সম্পন্ন হচ্ছে এবং চূড়ান্ত পণ্যগুলি পরিষ্কার ও বিশুদ্ধ থাকছে। কাঠামোগত শক্তির জন্য উৎপাদকরা এই দ্বি-স্তরযুক্ত ট্যাঙ্কগুলি ব্যবহার করেন, যার ভ্যাকুয়াম ইনসুলেশন বিশেষ স্টিল মিশ্র ধাতু দিয়ে তৈরি—যা মাইনাস ১৯৬ ডিগ্রিতেও ফেটে যায় না বা ক্ষয় হয় না। শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে, আধুনিক এএসইউগুলি কম্প্রেশন অংশ থেকে উৎপন্ন তাপ পুনর্ব্যবহার করে, যা পুরনো মডেলগুলির তুলনায় শক্তি চাহিদা প্রায় ১৫ থেকে ২০ শতাংশ কমিয়ে দেয়। জার্নাল অফ ক্লিনার প্রোডাকশন সহ বিভিন্ন বিজ্ঞানসম্মত জার্নালে প্রকাশিত গবেষণা এই বিষয়টিকে সমর্থন করে। অন্য একটি বুদ্ধিমান বৈশিষ্ট্য হলো মডুলার ডিজাইন, যা কারখানাগুলিকে ধাপে ধাপে তাদের ক্ষমতা বৃদ্ধি করতে এবং চলমান অপারেশনের মধ্যেই উপাদানগুলি প্রতিস্থাপন করতে সক্ষম করে। এই সমস্ত চিন্তাশীল প্রকৌশলগত সিদ্ধান্তের ফলে প্রায় ৯৯.৬% আপটাইম অর্জন করা যায়, অর্থাৎ হাসপাতাল, সেমিকন্ডাক্টর কারখানা এবং অন্যান্য অপরিহার্য সুবিধাগুলি যেকোনো সময়ে তরল নাইট্রোজেন, অক্সিজেন এবং আর্গনের নিরবিচ্ছিন্ন সরবরাহের উপর নির্ভর করতে পারে।

FAQ

• ক্রায়োজেনিক আস্তিলন কীভাবে কাজ করে?
  ক্রায়োজেনিক আস্তিলন সংকুচিত বাতাসকে তরল অবস্থায় ঠান্ডা করে এবং পরে গ্যাসগুলিকে তাদের স্ফুটনাঙ্ক অনুযায়ী পৃথক করার জন্য উত্তপ্ত করে।
• এএসইউ থেকে পরিশোধিত গ্যাসগুলির কিছু শিল্প প্রয়োগ কী কী?
  পরিশোধিত গ্যাসগুলি ইস্পাত তৈরি, রাসায়নিক সংশ্লেষণ, পরিশোধন, চিকিৎসা ক্ষেত্র, পরিবর্তিত বায়ুমণ্ডল প্যাকেজিং এবং অর্ধপরিবাহী উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়।
• আধুনিক এএসইউ-তে মডুলার ডিজাইনের গুরুত্ব কী?
  মডুলার ডিজাইন অপারেশন বন্ধ না করেই ক্ষমতা বৃদ্ধি এবং উপাদান প্রতিস্থাপন সম্ভব করে, যা দক্ষতা এবং বিশ্বস্ততা বৃদ্ধি করে।
• শিল্প প্রয়োগে অক্সিজেনের বিশুদ্ধতা কেন গুরুত্বপূর্ণ?
  উচ্চ অক্সিজেন বিশুদ্ধতা রিফাইনারিতে প্রভাবক ক্র্যাকিং এবং প্রভাবক নিষ্ক্রিয়করণ এড়ানোর জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
• কোন গ্যাসগুলি প্রধানত পৃথক করা হয় বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট (এএসইউ)?
  নাইট্রোজেন, অক্সিজেন এবং আর্গন হল ASU-তে পৃথকীকৃত প্রাথমিক গ্যাসগুলি।