सापेक्ष अस्थिरता

आपेक्षिक वाष्पशीलता रसायनों के तरल मिश्रण में घटकों के वाष्प दाब 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 वाष्पशील घटकों को अलग करने के लिए आसवन का उपयोग करने में आसानी या कठिनाई को दर्शाता है। परिपाटी के अनुसार, आपेक्षिक वाष्पशीलता को सामान्यतः इस रूप में निरूपित किया जाता है $\alpha$.

आपेक्षिक वाष्पशीलता 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 चरण की श्रृंखला में वाष्प और तरल चरणों के संपर्क सम्मिलित होते हैं।

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

परिभाषा

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

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

where:
$\alpha$	= अधिक वाष्पशील घटक की सापेक्ष अस्थिरता $i$ कम वाष्पशील घटक के लिए $j$
$y_{i}$	= घटक का वाष्प-तरल संतुलन मोल अंश $i$ वाष्प चरण में
$x_{i}$	= घटक का वाष्प-तरल संतुलन मोल अंश $i$ तरल चरण में
$y_{j}$	= वाष्प-तरल संतुलन घटक की एकाग्रता $j$ वाष्प चरण में
$x_{j}$	= वाष्प-तरल संतुलन घटक की एकाग्रता $j$ तरल चरण में
$(y/x)$	= किसी घटक का हेनरी नियम स्थिरांक (जिसे K मान or वाष्प-तरल वितरण अनुपात भी कहा जाता है)।

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

$\alpha$ इकाई रहित मात्रा है। जब दोनों प्रमुख घटकों की अस्थिरता बराबर होती है, $\alpha$ = 1 और आसवन द्वारा दोनों को अलग करना दी गई अवस्था के अनुसार असंभव होगा क्योंकि तरल और वाष्प चरण की संरचना समान होती है (एजोट्रोप)। $\alpha$ के मान के रूप में 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

तरल मिश्रण जिसमें दो घटक होते हैं, बाइनरी मिश्रण कहलाता है। जब द्विआधारी मिश्रण आसुत होता है, तो दो घटकों का पूर्ण पृथक्करण शायद ही कभी प्राप्त होता है। सामान्यतः, 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।

तरल मिश्रण जिसमें कई घटक होते हैं, बहु-घटक मिश्रण कहलाता है। जब बहु-घटक मिश्रण आसुत होता है, तो ओवरहेड अंश और नितम्ब अंश में सामान्यतः एक या दो से अधिक घटक होते हैं। उदाहरण के लिए, तेल शोधशाला में कुछ मध्यवर्ती उत्पाद बहु-घटक तरल मिश्रण होते हैं जिनमें एल्केन, ऐल्कीन और अल्कीन हाइड्रोकार्बन सम्मिलित हैं जिनमें मीथेन से लेकर एक कार्बन परमाणु से लेकर दस कार्बन परमाणु वाले डिकैन होते हैं। इस तरह के मिश्रण को आसवन करने के लिए, आसवन स्तंभ 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 ओवरहेड अंश
• नितम्ब अंश जिसमें मुख्य रूप से आइसोब्यूटेन (चार कार्बन परमाणु वाले) से लेकर डिकैन (दस कार्बन परमाणु) तक के कम वाष्पशील घटक होते हैं।

इस तरह के आसवन स्तंभ को सामान्यतः डिप्रोपेनाइज़र कहा जाता है।

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

इस प्रकार, किसी भी बहु-घटक मिश्रण के आसवन के लिए, आपेक्षिक वाष्पशीलता को अधिकांशतः 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 आपेक्षिक वाष्पशीलता 1.05 से कम हो।

के मान $K$ तापमान, दाब 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 मान 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)