सापेक्ष अस्थिरता

सापेक्ष अस्थिरता रसायनों के तरल मिश्रण में घटकों के वाष्प दबावों की तुलना करने वाला एक उपाय है। बड़े औद्योगिक आसवन प्रक्रियाओं को डिजाइन करने में इस मात्रा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वास्तव में, यह मिश्रण में कम वाष्पशील घटकों से अधिक वाष्पशीलता (भौतिकी) घटकों को अलग करने के लिए आसवन का उपयोग करने में आसानी या कठिनाई को इंगित करता है। परिपाटी के अनुसार, सापेक्ष अस्थिरता को आमतौर पर इस रूप में निरूपित किया जाता है $\alpha$.

सापेक्ष अस्थिरता का उपयोग सभी प्रकार की आसवन प्रक्रियाओं के साथ-साथ अन्य पृथक्करण प्रक्रिया या अवशोषण (रसायन विज्ञान) प्रक्रियाओं के डिजाइन में किया जाता है जिसमें संतुलन चरणों की एक श्रृंखला में वाष्प और तरल चरणों के संपर्क शामिल होते हैं।

सापेक्ष अस्थिरता का उपयोग पृथक्करण या अवशोषण प्रक्रियाओं में नहीं किया जाता है जिसमें घटक शामिल होते हैं एक दूसरे के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया (उदाहरण के लिए, सोडियम हाइड्रॉक्साइड के जलीय घोल में गैसीय कार्बन डाईऑक्साइड का अवशोषण)।

परिभाषा

किसी दिए गए तापमान और दबाव पर दो घटकों (बाइनरी मिश्रण कहा जाता है) के तरल मिश्रण के लिए, सापेक्ष अस्थिरता को इस रूप में परिभाषित किया जाता है

$\alpha ={\frac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j}$

where:
$\alpha$	= the relative volatility of the more volatile component $i$ to the less volatile component $j$
$y_{i}$	= the vapor–liquid equilibrium mole fraction of component $i$ in the vapor phase
$x_{i}$	= the vapor–liquid equilibrium mole fraction of component $i$ in the liquid phase
$y_{j}$	= the vapor–liquid equilibrium concentration of component $j$ in the vapor phase
$x_{j}$	= the vapor–liquid equilibrium concentration of component $j$ in the liquid phase
$(y/x)$	= Henry's law constant (also called the K value or vapor-liquid distribution ratio) of a component

जब उनकी तरल सांद्रता समान होती है, तो कम वाष्पशील घटकों की तुलना में अधिक वाष्पशील घटकों का वाष्प दबाव अधिक होता है। इस प्रकार, ए $K$ मूल्य (= $y/x$) अधिक अस्थिर घटक के लिए a से बड़ा है $K$ कम अस्थिर घटक के लिए मूल्य। इसका मतलब है कि $\alpha$ ≥ 1 बड़ा होने के बाद से $K$ अधिक अस्थिर घटक का मान अंश और छोटे में होता है $K$ कम अस्थिर घटक का भाजक में है।

$\alpha$ एक इकाई रहित मात्रा है। जब दोनों प्रमुख घटकों की अस्थिरता बराबर होती है, $\alpha$ = 1 और आसवन द्वारा दोनों को अलग करना दी गई शर्तों के तहत असंभव होगा क्योंकि तरल और वाष्प चरण की संरचना समान होती है (azeotrope)। के मूल्य के रूप में $\alpha$ 1 से ऊपर बढ़ जाता है, आसवन द्वारा पृथक्करण उत्तरोत्तर आसान हो जाता है।

एक विशिष्ट बड़े पैमाने के औद्योगिक आसवन स्तंभ का योजनाबद्ध आरेख

एक तरल मिश्रण जिसमें दो घटक होते हैं, बाइनरी मिश्रण कहलाता है। जब एक द्विआधारी मिश्रण आसुत होता है, तो दो घटकों का पूर्ण पृथक्करण शायद ही कभी प्राप्त होता है। आमतौर पर, आसवन स्तंभ से ओवरहेड अंश में मुख्य रूप से अधिक वाष्पशील घटक और कम वाष्पशील घटक की कुछ छोटी मात्रा होती है और नीचे के अंश में मुख्य रूप से कम वाष्पशील घटक और कुछ छोटी मात्रा में अधिक वाष्पशील घटक होते हैं।

एक तरल मिश्रण जिसमें कई घटक होते हैं, बहु-घटक मिश्रण कहलाता है। जब एक बहु-घटक मिश्रण आसुत होता है, तो ओवरहेड अंश और बॉटम्स अंश में आमतौर पर एक या दो से अधिक घटक होते हैं। उदाहरण के लिए, एक तेल शोधशाला में कुछ मध्यवर्ती उत्पाद बहु-घटक तरल मिश्रण होते हैं जिनमें एल्केन , [[alkyne]] और अल्कीन [[हाइड्रोकार्बन]] शामिल हो सकते हैं जिनमें मीथेन से एक कार्बन परमाणु होता है, जिसमें दस कार्बन परमाणु होते हैं। इस तरह के मिश्रण को डिस्टिल करने के लिए, डिस्टिलेशन कॉलम को (उदाहरण के लिए) तैयार किया जा सकता है:

• मुख्य रूप से मीथेन (एक कार्बन परमाणु वाले) से लेकर प्रोपेन (तीन कार्बन परमाणुओं वाले) तक अधिक वाष्पशील घटकों वाला एक ओवरहेड अंश
• एक बॉटम अंश जिसमें मुख्य रूप से आइसोब्यूटेन (चार कार्बन परमाणु वाले) से लेकर decan ्स (दस कार्बन परमाणु) तक के कम वाष्पशील घटक होते हैं।

इस तरह के एक आसवन स्तंभ को आम तौर पर एक डिप्रोपेनाइज़र कहा जाता है।

डिजाइनर तथाकथित प्रकाश कुंजी (एलके) और आइसोब्यूटेन को तथाकथित भारी कुंजी (एचके) के रूप में प्रोपेन होने के लिए अलगाव डिजाइन को नियंत्रित करने वाले प्रमुख घटकों को नामित करेगा। उस संदर्भ में, एक हल्का घटक का अर्थ है कम क्वथनांक (या उच्च वाष्प दबाव) वाला घटक और भारी घटक का अर्थ उच्च क्वथनांक (या कम वाष्प दबाव) वाला घटक होता है।

इस प्रकार, किसी भी बहु-घटक मिश्रण के आसवन के लिए, सापेक्ष अस्थिरता को अक्सर इस रूप में परिभाषित किया जाता है

$\alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK})}{(y_{HK}/x_{HK})}}=K_{LK}/K_{HK}$

बड़े पैमाने पर औद्योगिक आसवन शायद ही कभी किया जाता है यदि सापेक्ष अस्थिरता 1.05 से कम हो।

के मान $K$ तापमान, दबाव और चरण रचनाओं के संदर्भ में अनुभवजन्य या सैद्धांतिक रूप से समीकरणों, तालिकाओं या ग्राफ जैसे कि प्रसिद्ध डीप्रीस्टर चार्ट के रूप में सहसंबद्ध किया गया है।

$K$ तेल रिफाइनरियों, पेट्रोकेमिकल और रासायनिक संयंत्रों, प्राकृतिक गैस प्रसंस्करण संयंत्रों और अन्य उद्योगों में बहु-घटक मिश्रणों के आसवन के लिए बड़े पैमाने पर आसवन स्तंभों के डिजाइन में मूल्यों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

यह भी देखें

• निरंतर आसवन
• आंशिक आसवन
• वैक्यूम आसवन
• अंशांकन स्तंभ
• चरण आरेख
• सैद्धांतिक प्लेट
• मैककेबे-थिले विधि
• फेंस्के समीकरण
• फ्लैश वाष्पीकरण#एक बहु-घटक तरल का संतुलन फ्लैश|एक बहु-घटक तरल का संतुलन फ्लैश
• अस्थिरता (रसायन विज्ञान)

बाहरी संबंध

• Distillation Theory by Ivar J. Halvorsen and Sigurd Skogestad, Norwegian University of Science and Technology (scroll down to: 2.2.3 K-values and Relative Volatility)
• Distillation Principals by Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (scroll down to Relative Volatility)