मैककेबे-थिले विधि: Difference between revisions

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मैककेबे-थिले विधि द्विआधारी [[आसवन]] के विश्लेषण के लिए एक रासायनिक अभियांत्रिकी विधि है।<ref>{{cite book|author1=McCabe, W. L.  |author2=Smith, J. C. |name-list-style=amp |title=[[Unit Operations of Chemical Engineering]]|edition=3rd| publisher=McGraw-Hill|year=1976|isbn=0-07-044825-6}}</ref><ref name=Perry>{{cite book|author1=Perry, Robert H.  |author2=Green, Don W. |name-list-style=amp |title=[[Perry's Chemical Engineers' Handbook]]|edition=6th| publisher=McGraw-Hill|year=1984|isbn=0-07-049479-7}}</ref><ref>{{cite journal|last=Beychok|first=Milton|title= मैककेबे-थिले आरेख का बीजगणितीय समाधान|journal=Chemical Engineering Progress|date= May 1951}}</ref> यह इस तथ्य का उपयोग करता है कि प्रत्येक [[सैद्धांतिक प्लेट]] (या वाष्प-तरल संतुलन चरण) पर रचना पूरी तरह से दो घटकों में से एक के मोल अंश द्वारा निर्धारित होती है और निरंतर दाढ़ अतिप्रवाह की धारणा पर आधारित होती है, जिसकी आवश्यकता होती है:
मैककेबे-थिले विधि द्विआधारी [[आसवन]] के विश्लेषण के लिए एक रासायनिक अभियांत्रिकी विधि है।<ref>{{cite book|author1=McCabe, W. L.  |author2=Smith, J. C. |name-list-style=amp |title=[[Unit Operations of Chemical Engineering]]|edition=3rd| publisher=McGraw-Hill|year=1976|isbn=0-07-044825-6}}</ref><ref name=Perry>{{cite book|author1=Perry, Robert H.  |author2=Green, Don W. |name-list-style=amp |title=[[Perry's Chemical Engineers' Handbook]]|edition=6th| publisher=McGraw-Hill|year=1984|isbn=0-07-049479-7}}</ref><ref>{{cite journal|last=Beychok|first=Milton|title= मैककेबे-थिले आरेख का बीजगणितीय समाधान|journal=Chemical Engineering Progress|date= May 1951}}</ref> यह इस तथ्य का उपयोग करता है कि प्रत्येक [[सैद्धांतिक प्लेट]] (या वाष्प-तरल संतुलन चरण) पर रचना पूरी तरह से दो घटकों में से एक के मोल भिन्न अंक द्वारा निर्धारित होती है और निरंतर दाढ़ अतिप्रवाह की धारणा पर आधारित होती है, जिसकी आवश्यकता होती है:


* फ़ीड घटकों के वाष्पीकरण के दाढ़ मानक तापीय धारिता परिवर्तन सामान्य हैं;
* फ़ीड घटकों के वाष्पीकरण के दाढ़ मानक तापीय धारिता परिवर्तन सामान्य हैं;
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बाइनरी फीड के आसवन के लिए एक मैककेबे-थिले आरेख फ़ीड के निचले-उबलते घटक के लिए वाष्प-तरल संतुलन | वाष्प-तरल संतुलन (वीएलई) डेटा का उपयोग करके बनाया गया है।
बाइनरी फीड के आसवन के लिए एक मैककेबे-थिले आरेख फ़ीड के निचले-उबलते घटक के लिए वाष्प-तरल संतुलन | वाष्प-तरल संतुलन (वीएलई) डेटा का उपयोग करके बनाया गया है।


[[Image:McCabe-Thiele diagram.svg|thumb|upright=1.55|चित्रा 1: बाइनरी फीड के आसवन के लिए विशिष्ट मैककेबे-थिले आरेख]]समतलीय लेखाचित्र पर, क्षैतिज (x) अक्ष द्रव चरण के मोल अंश को दर्शाता है, और ऊर्ध्वाधर (y) अक्ष वाष्प चरण के मोल अंश को दर्शाता है; 45-डिग्री x = y रेखा (चित्र 1 देखें) का उपयोग दृश्य सहायता के रूप में किया जाता है। संतुलन रेखा (चित्र 1 में काली रेखा), कम उबलते घटक के वीएलई डेटा बिंदुओं का उपयोग करके खींची गई, तरल चरण संरचना के प्रत्येक मूल्य के लिए संतुलन वाष्प चरण रचनाओं का प्रतिनिधित्व करती है। क्षैतिज अक्ष से x = y रेखा तक लंबवत रेखाएं शीर्ष आसवन उत्पाद और संबंधित बॉटम्स उत्पाद की फ़ीड और वांछित रचनाओं को इंगित करती हैं (चित्र 1 में लाल रंग में दिखाया गया है)।
[[Image:McCabe-Thiele diagram.svg|thumb|upright=1.55|चित्रा 1: बाइनरी फीड के आसवन के लिए विशिष्ट मैककेबे-थिले आरेख]]समतलीय लेखाचित्र पर, क्षैतिज (x) अक्ष द्रव चरण के मोल भिन्न अंक को दर्शाता है, और ऊर्ध्वाधर (y) अक्ष वाष्प चरण के मोल भिन्न अंक को दर्शाता है; 45-डिग्री x = y रेखा (चित्र 1 देखें) का उपयोग दृश्य सहायता के रूप में किया जाता है। संतुलन रेखा (चित्र 1 में काली रेखा), कम उबलते घटक के वीएलई डेटा बिंदुओं का उपयोग करके खींची गई, तरल चरण संरचना के प्रत्येक मूल्य के लिए संतुलन वाष्प चरण रचनाओं का प्रतिनिधित्व करती है। क्षैतिज अक्ष से x = y रेखा तक लंबवत रेखाएं शीर्ष आसवन उत्पाद और संबंधित बॉटम्स उत्पाद की फ़ीड और वांछित रचनाओं को इंगित करती हैं (चित्र 1 में लाल रंग में दिखाया गया है)।


[[आसवन स्तंभ]] के फीड प्रवेश (चित्र 1 में हरे रंग में दिखाया गया है) के ऊपर के खंड के लिए संशोधित खंड ऑपरेटिंग कर्व आसवन संयोजन रेखा और x = y रेखा के प्रतिच्छेदन पर प्रारंभ होता है और नीचे की ओर ढलान (Δy/Δx) पर जारी रहता है। L / (D + L) का, जहां L [[भाटा]] की मोलर प्रवाह दर है और D आसवन उत्पाद की मोलर प्रवाह दर है। उदाहरण के लिए, चित्र 1 में, भाटा L की मोलर प्रवाह दर 1000 मोल प्रति घंटा है और आसवन D की मोलर प्रवाह दर 590 मोल प्रति घंटा है, तो सुधारक अनुभाग ऑपरेटिंग कर्व का नीचे की ओर ढलान 1000 / ( 590 + 1000) = 0.63, जिसका अर्थ है कि रेखा पर किसी भी बिंदु का y-निर्देशांक प्रत्येक इकाई के लिए 0.63 इकाई घटता है जो कि x-निर्देशांक घटता है।
[[आसवन स्तंभ]] के फीड प्रवेश (चित्र 1 में हरे रंग में दिखाया गया है) के ऊपर के खंड के लिए संशोधित खंड ऑपरेटिंग कर्व आसवन संयोजन रेखा और x = y रेखा के प्रतिच्छेदन पर प्रारंभ होता है और नीचे की ओर ढलान (Δy/Δx) पर जारी रहता है। L / (D + L) का, जहां L [[भाटा|प्रतिवाह]] की मोलर प्रवाह दर है और D आसवन उत्पाद की मोलर प्रवाह दर है। उदाहरण के लिए, चित्र 1 में, प्रतिवाह L की मोलर प्रवाह दर 1000 मोल प्रति घंटा है और आसवन D की मोलर प्रवाह दर 590 मोल प्रति घंटा है, तो सुधारक अनुभाग ऑपरेटिंग कर्व का नीचे की ओर ढलान 1000 / ( 590 + 1000) = 0.63, जिसका अर्थ है कि रेखा पर किसी भी बिंदु का y-निर्देशांक प्रत्येक इकाई के लिए 0.63 इकाई घटता है जो कि x-निर्देशांक घटता है।


[[Image:q-line slopes.png|thumb|चित्रा 2: q-रेखा ढलानों के उदाहरण]]q-रेखा (चित्रा 1 में नीले रंग में दर्शाया गया है) x = y रेखा से प्रारंभ होती है और संशोधित खंड ऑपरेटिंग रेखा के प्रारंभिक बिंदु को काटती है। पैरामीटर q फ़ीड में तरल का मोल अंश है, और q- रेखा का ढलान q / (q - 1) है। उदाहरण के लिए, यदि फ़ीड एक संतृप्त तरल है, इसमें कोई वाष्प नहीं है, इस प्रकार q = 1 और q-रेखा का ढलान अनंत (एक लंबवत रेखा) है।अन्य उदाहरण के रूप में, यदि फ़ीड सभी संतृप्त वाष्प है, q = 0 और q- रेखा का ढलान 0 (एक क्षैतिज रेखा) है।<ref name="Perry" /> चित्र 1 में विशिष्ट मैककेबे-थिले आरेख आंशिक रूप से वाष्पीकृत फ़ीड का प्रतिनिधित्व करने वाली q-रेखा का उपयोग करता है। उदाहरण q-रेखा ढलान चित्र 2 में प्रस्तुत किए गए हैं।
[[Image:q-line slopes.png|thumb|चित्रा 2: q-रेखा ढलानों के उदाहरण]]q-रेखा (चित्रा 1 में नीले रंग में दर्शाया गया है) x = y रेखा से प्रारंभ होती है और संशोधित खंड ऑपरेटिंग रेखा के प्रारंभिक बिंदु को काटती है। पैरामीटर q फ़ीड में तरल का मोल भिन्न अंक है, और q- रेखा का ढलान q / (q - 1) है। उदाहरण के लिए, यदि फ़ीड एक संतृप्त तरल है, इसमें कोई वाष्प नहीं है, इस प्रकार q = 1 और q-रेखा का ढलान अनंत (एक लंबवत रेखा) है।अन्य उदाहरण के रूप में, यदि फ़ीड सभी संतृप्त वाष्प है, q = 0 और q- रेखा का ढलान 0 (एक क्षैतिज रेखा) है।<ref name="Perry" /> चित्र 1 में विशिष्ट मैककेबे-थिले आरेख आंशिक रूप से वाष्पीकृत फ़ीड का प्रतिनिधित्व करने वाली q-रेखा का उपयोग करता है। उदाहरण q-रेखा ढलान चित्र 2 में प्रस्तुत किए गए हैं।


फीड प्रवेश के नीचे के खंड के लिए स्ट्रिपिंग खंड ऑपरेटिंग रेखा (चित्र 1 में बैंगनी रंग में दिखाया गया है) लाल बॉटम्स कंपोजिशन रेखा और x = y रेखा के प्रतिच्छेदन पर प्रारंभ होती है और उस बिंदु तक जारी रहती है जहां नीली q-रेखा इंटरसेक्ट करती है। ग्रीन रेक्टीफाइंग खंड ऑपरेटिंग रेखा।
फीड प्रवेश के नीचे के खंड के लिए स्ट्रिपिंग खंड ऑपरेटिंग रेखा (चित्र 1 में बैंगनी रंग में दिखाया गया है) लाल बॉटम्स कंपोजिशन रेखा और x = y रेखा के प्रतिच्छेदन पर प्रारंभ होती है और उस बिंदु तक जारी रहती है जहां नीली q-रेखा प्रतिच्छेद करती है। ग्रीन रेक्टीफाइंग खंड ऑपरेटिंग रेखा।


ऑपरेटिंग रेखाों और संतुलन रेखा के बीच कदमों की संख्या आसवन के लिए आवश्यक सैद्धांतिक प्लेटों (या संतुलन चरणों) की संख्या का प्रतिनिधित्व करती है। चित्र 1 में दर्शाए गए द्विआधारी आसवन के लिए सैद्धांतिक प्लेटों की आवश्यक संख्या 6 है।
ऑपरेटिंग रेखाों और संतुलन रेखा के बीच कदमों की संख्या आसवन के लिए आवश्यक सैद्धांतिक प्लेटों (या संतुलन चरणों) की संख्या का प्रतिनिधित्व करती है। चित्र 1 में दर्शाए गए द्विआधारी आसवन के लिए सैद्धांतिक प्लेटों की आवश्यक संख्या 6 है।


मैककेबे-थिले आरेख का निर्माण हमेशा सीधा नहीं होता है। भिन्न भाटा अनुपात के साथ [[निरंतर आसवन]] में, आसवन स्तंभ के शीर्ष भाग में हल्के घटक का मोल अंश कम हो जाएगा क्योंकि भाटा अनुपात घट जाता है। प्रत्येक नया भाटा अनुपात सुधारक अनुभाग वक्र के ढाल को बदल देगा।
मैककेबे-थिले आरेख का निर्माण हमेशा सीधा नहीं होता है। भिन्न प्रतिवाह अनुपात के साथ [[निरंतर आसवन]] में, आसवन स्तंभ के शीर्ष भाग में हल्के घटक का मोल भिन्न अंक कम हो जाएगा क्योंकि प्रतिवाह अनुपात घट जाता है। प्रत्येक नया प्रतिवाह अनुपात सुधारक अनुभाग वक्र के ढाल को बदल देगा।


जब निरंतर दाढ़ अतिप्रवाह की धारणा मान्य नहीं होती है, तो ऑपरेटिंग रेखाें सीधी नहीं होंगी। वाष्प-तरल संतुलन डेटा और तापीय धारिता-एकाग्रता डेटा के अतिरिक्त द्रव्यमान और तापीय धारिता संतुलन का उपयोग करते हुए, पोंचोन-सावरित पद्धति का उपयोग करके परिचालन रेखाों का निर्माण किया जा सकता है।<ref>{{cite book|author=King, C. Judson|title=पृथक्करण प्रक्रियाएं|publisher=McGraw-Hill|year=1971|isbn=0-07-034610-0}}</ref> यदि मिश्रण [[azeotrope|एजोट्रोप]] बना सकता है, तो इसकी वाष्प-तरल संतुलन रेखा x = y रेखा को पार कर जाएगी, सैद्धांतिक प्लेटों की संख्या से कोई अंतर नहीं पड़ता है।
जब निरंतर दाढ़ अतिप्रवाह की धारणा मान्य नहीं होती है, तो ऑपरेटिंग रेखाें सीधी नहीं होंगी। वाष्प-तरल संतुलन डेटा और तापीय धारिता-एकाग्रता डेटा के अतिरिक्त द्रव्यमान और तापीय धारिता संतुलन का उपयोग करते हुए, पोंचोन-सावरित पद्धति का उपयोग करके परिचालन रेखाों का निर्माण किया जा सकता है।<ref>{{cite book|author=King, C. Judson|title=पृथक्करण प्रक्रियाएं|publisher=McGraw-Hill|year=1971|isbn=0-07-034610-0}}</ref> यदि मिश्रण [[azeotrope|एजोट्रोप]] बना सकता है, तो इसकी वाष्प-तरल संतुलन रेखा x = y रेखा को पार कर जाएगी, सैद्धांतिक प्लेटों की संख्या से कोई अंतर नहीं पड़ता है।

Revision as of 11:34, 22 March 2023

मैककेबे-थिले विधि द्विआधारी आसवन के विश्लेषण के लिए एक रासायनिक अभियांत्रिकी विधि है।[1][2][3] यह इस तथ्य का उपयोग करता है कि प्रत्येक सैद्धांतिक प्लेट (या वाष्प-तरल संतुलन चरण) पर रचना पूरी तरह से दो घटकों में से एक के मोल भिन्न अंक द्वारा निर्धारित होती है और निरंतर दाढ़ अतिप्रवाह की धारणा पर आधारित होती है, जिसकी आवश्यकता होती है:

  • फ़ीड घटकों के वाष्पीकरण के दाढ़ मानक तापीय धारिता परिवर्तन सामान्य हैं;
  • वाष्पीकृत तरल के प्रत्येक मोल (इकाई) के लिए, वाष्प का एक मोल संघनित होता है;
  • उष्मा प्रभाव जैसे विलयन का एन्थैल्पी परिवर्तन नगण्य होता है।

विधि पहली बार 1925 में वॉरेन एल मैककेबे और अर्नेस्ट थिएले द्वारा प्रकाशित की गई थी,[4] दोनों उस समय मैसाचुसेट्स की विधिी संस्था (एमआईटी) में काम कर रहे थे।

निर्माण और उपयोग

बाइनरी फीड के आसवन के लिए एक मैककेबे-थिले आरेख फ़ीड के निचले-उबलते घटक के लिए वाष्प-तरल संतुलन | वाष्प-तरल संतुलन (वीएलई) डेटा का उपयोग करके बनाया गया है।

चित्रा 1: बाइनरी फीड के आसवन के लिए विशिष्ट मैककेबे-थिले आरेख

समतलीय लेखाचित्र पर, क्षैतिज (x) अक्ष द्रव चरण के मोल भिन्न अंक को दर्शाता है, और ऊर्ध्वाधर (y) अक्ष वाष्प चरण के मोल भिन्न अंक को दर्शाता है; 45-डिग्री x = y रेखा (चित्र 1 देखें) का उपयोग दृश्य सहायता के रूप में किया जाता है। संतुलन रेखा (चित्र 1 में काली रेखा), कम उबलते घटक के वीएलई डेटा बिंदुओं का उपयोग करके खींची गई, तरल चरण संरचना के प्रत्येक मूल्य के लिए संतुलन वाष्प चरण रचनाओं का प्रतिनिधित्व करती है। क्षैतिज अक्ष से x = y रेखा तक लंबवत रेखाएं शीर्ष आसवन उत्पाद और संबंधित बॉटम्स उत्पाद की फ़ीड और वांछित रचनाओं को इंगित करती हैं (चित्र 1 में लाल रंग में दिखाया गया है)।

आसवन स्तंभ के फीड प्रवेश (चित्र 1 में हरे रंग में दिखाया गया है) के ऊपर के खंड के लिए संशोधित खंड ऑपरेटिंग कर्व आसवन संयोजन रेखा और x = y रेखा के प्रतिच्छेदन पर प्रारंभ होता है और नीचे की ओर ढलान (Δy/Δx) पर जारी रहता है। L / (D + L) का, जहां L प्रतिवाह की मोलर प्रवाह दर है और D आसवन उत्पाद की मोलर प्रवाह दर है। उदाहरण के लिए, चित्र 1 में, प्रतिवाह L की मोलर प्रवाह दर 1000 मोल प्रति घंटा है और आसवन D की मोलर प्रवाह दर 590 मोल प्रति घंटा है, तो सुधारक अनुभाग ऑपरेटिंग कर्व का नीचे की ओर ढलान 1000 / ( 590 + 1000) = 0.63, जिसका अर्थ है कि रेखा पर किसी भी बिंदु का y-निर्देशांक प्रत्येक इकाई के लिए 0.63 इकाई घटता है जो कि x-निर्देशांक घटता है।

चित्रा 2: q-रेखा ढलानों के उदाहरण

q-रेखा (चित्रा 1 में नीले रंग में दर्शाया गया है) x = y रेखा से प्रारंभ होती है और संशोधित खंड ऑपरेटिंग रेखा के प्रारंभिक बिंदु को काटती है। पैरामीटर q फ़ीड में तरल का मोल भिन्न अंक है, और q- रेखा का ढलान q / (q - 1) है। उदाहरण के लिए, यदि फ़ीड एक संतृप्त तरल है, इसमें कोई वाष्प नहीं है, इस प्रकार q = 1 और q-रेखा का ढलान अनंत (एक लंबवत रेखा) है।अन्य उदाहरण के रूप में, यदि फ़ीड सभी संतृप्त वाष्प है, q = 0 और q- रेखा का ढलान 0 (एक क्षैतिज रेखा) है।[2] चित्र 1 में विशिष्ट मैककेबे-थिले आरेख आंशिक रूप से वाष्पीकृत फ़ीड का प्रतिनिधित्व करने वाली q-रेखा का उपयोग करता है। उदाहरण q-रेखा ढलान चित्र 2 में प्रस्तुत किए गए हैं।

फीड प्रवेश के नीचे के खंड के लिए स्ट्रिपिंग खंड ऑपरेटिंग रेखा (चित्र 1 में बैंगनी रंग में दिखाया गया है) लाल बॉटम्स कंपोजिशन रेखा और x = y रेखा के प्रतिच्छेदन पर प्रारंभ होती है और उस बिंदु तक जारी रहती है जहां नीली q-रेखा प्रतिच्छेद करती है। ग्रीन रेक्टीफाइंग खंड ऑपरेटिंग रेखा।

ऑपरेटिंग रेखाों और संतुलन रेखा के बीच कदमों की संख्या आसवन के लिए आवश्यक सैद्धांतिक प्लेटों (या संतुलन चरणों) की संख्या का प्रतिनिधित्व करती है। चित्र 1 में दर्शाए गए द्विआधारी आसवन के लिए सैद्धांतिक प्लेटों की आवश्यक संख्या 6 है।

मैककेबे-थिले आरेख का निर्माण हमेशा सीधा नहीं होता है। भिन्न प्रतिवाह अनुपात के साथ निरंतर आसवन में, आसवन स्तंभ के शीर्ष भाग में हल्के घटक का मोल भिन्न अंक कम हो जाएगा क्योंकि प्रतिवाह अनुपात घट जाता है। प्रत्येक नया प्रतिवाह अनुपात सुधारक अनुभाग वक्र के ढाल को बदल देगा।

जब निरंतर दाढ़ अतिप्रवाह की धारणा मान्य नहीं होती है, तो ऑपरेटिंग रेखाें सीधी नहीं होंगी। वाष्प-तरल संतुलन डेटा और तापीय धारिता-एकाग्रता डेटा के अतिरिक्त द्रव्यमान और तापीय धारिता संतुलन का उपयोग करते हुए, पोंचोन-सावरित पद्धति का उपयोग करके परिचालन रेखाों का निर्माण किया जा सकता है।[5] यदि मिश्रण एजोट्रोप बना सकता है, तो इसकी वाष्प-तरल संतुलन रेखा x = y रेखा को पार कर जाएगी, सैद्धांतिक प्लेटों की संख्या से कोई अंतर नहीं पड़ता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ McCabe, W. L. & Smith, J. C. (1976). Unit Operations of Chemical Engineering (3rd ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-044825-6.
  2. ↑ 2.0 2.1 Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6th ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.
  3. ↑ Beychok, Milton (May 1951). "मैककेबे-थिले आरेख का बीजगणितीय समाधान". Chemical Engineering Progress.
  4. ↑ W.L. McCabe & E.W. Thiele (June 1925). "फ्रैक्शनेटिंग कॉलम का ग्राफिकल डिजाइन". Industrial and Engineering Chemistry. 17 (6): 605–611. doi:10.1021/ie50186a023.
  5. ↑ King, C. Judson (1971). पृथक्करण प्रक्रियाएं. McGraw-Hill. ISBN 0-07-034610-0.


बाहरी संबंध

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