【प्रतिदिन एक प्रश्न】रसायन इंजीनियरिंग के सिद्धांत 183: स्थिर-प्रवाह परिकल्पना (25 सितंबर)
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इस पोस्ट को अंतिम बार “ज़ाईहुई कांगकियाओ” द्वारा 2015-9-28 को 10:03 बजे संपादित किया गया। अब “रसायन विज्ञान सिद्धांत” विभाग में “प्रतिदिन एक प्रश्न” नामक गतिविधि शुरू की गई है; इसका उद्देश्य लोगों को रसायन विज्ञान संबंधी बुनियादी ज्ञान को मजबूत करने में मदद करना है। आगे भी “रसायन विज्ञान के सिद्धांत”, “पदार्थों का स्थानांतरण एवं पृथक्करण”, “रसायन विज्ञान में ऊष्मागतिकी” आदि विषयों पर भी ऐसी गतिविधियाँ शुरू की जाएँगी। हम आशा करते हैं कि सभी लोग इस गतिविधि का सक्रिय रूप से समर्थन करेंगे। “प्रतिदिन एक प्रश्न” गतिविधि में दिए गए प्रश्नों के उत्तर सीधे ही दिए जाएँगे; 1 दिन बाद यह विषय बंद कर दिया जाएगा! ! भाग लेने पर ही 3 वेल्थ पुरस्कार मिलते हैं; सही उत्तर देने पर अतिरिक्त 3 वेल्थ भी मिलते हैं। सरल प्रश्न: “हेंगमियर ल्यू” सिद्धांत की व्याख्या कीजिए। (इनाम दोगुना हो जाता है)
स्थिर मोलर तरल प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे जाने वाले तरल का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता। स्थिर मोलर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से ऊपर जाने वाली गैसों का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता।
स्थिर मोलर वायुप्रवाह: आसवन प्रक्रिया के दौरान, आसवन टॉवर के आसवन खंड में, प्रत्येक स्तर पर ऊपर जाने वाली भाप का मोलर प्रवाह समान होता है। एकत्रीकरण खंड में भी ऐसा ही होता है।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़्लो से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़्लो से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन चरण में, प्रति लीटर गैस से निकलने वाले वाष्पीकरण प्रवाह की मात्रा समान होती है; रिफ्यूजन चरण में भी ऐसा ही होता है। हालाँकि, दोनों चरणों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
“स्थिर मोल फ्लो” सिद्धांत की विशेषताएँ:
① **स्थिर मोल वाष्प प्रवाह**: आसवन प्रक्रिया के दौरान, आसवन टॉवर के आसवन खंड में, प्रत्येक स्तर पर ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो समान होता है। ट्रांसफर खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो आवश्यक रूप से समान नहीं होता। अर्थात्:
V1 = V2 = … = Vn = V
V1′ = V2′ = … = Vm′ = V′
जहाँ, V – आसवन खंड में ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो (किमोल/घंटा),
V′ – ट्रांसफर खंड में ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो (किमोल/घंटा)।
② **स्थिर मोल तरल प्रवाह**: आसवन प्रक्रिया के दौरान, आसवन टॉवर के आसवन खंड में, प्रत्येक स्तर पर नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो समान होता है। ट्रांसफर खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो आवश्यक रूप से समान नहीं होता। अर्थात्:
L1 = L2 = … = Ln = L
L1′ = L2′ = … = Ln′ = L′
जहाँ, L – आसवन खंड में नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो (किमोल/घंटा),
L′ – ट्रांसफर खंड में नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो (किमोल/घंटा)।
अधिकांश कार्बनिक यौगिकों एवं कई आदर्श प्रणालियों में, विभिन्न घटकों की वाष्पीकरण ऊष्मा में बहुत अंतर नहीं होता। इसलिए, मिश्रण की वाष्पीकरण ऊष्मा को उसकी संरचना से स्वतंत्र माना जा सकता है। प्रत्येक स्तर पर मिश्रण की वाष्पीकरण ऊष्मा लगभग समान होती है। संरचना में परिवर्तन के कारण तरल की ऊष्मा में होने वाला परिवर्तन, उसकी वाष्पीकरण ऊष्मा की तुलना में बहुत कम होता है; इसलिए इसे नजरअंदाज किया जा सकता है। अतः, तरल अवस्था में ऊष्मा लगभग समान ही होती है।
① **स्थिर मोल वाष्प प्रवाह**: आसवन प्रक्रिया के दौरान, आसवन टॉवर के आसवन खंड में, प्रत्येक स्तर पर ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो समान होता है। ट्रांसफर खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो आवश्यक रूप से समान नहीं होता। अर्थात्:
V1 = V2 = … = Vn = V
V1′ = V2′ = … = Vm′ = V′
जहाँ, V – आसवन खंड में ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो (किमोल/घंटा),
V′ – ट्रांसफर खंड में ऊपर जाने वाली वाष्प का मोल फ्लो (किमोल/घंटा)।
② **स्थिर मोल तरल प्रवाह**: आसवन प्रक्रिया के दौरान, आसवन टॉवर के आसवन खंड में, प्रत्येक स्तर पर नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो समान होता है। ट्रांसफर खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो आवश्यक रूप से समान नहीं होता। अर्थात्:
L1 = L2 = … = Ln = L
L1′ = L2′ = … = Ln′ = L′
जहाँ, L – आसवन खंड में नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो (किमोल/घंटा),
L′ – ट्रांसफर खंड में नीचे जाने वाले तरल का मोल फ्लो (किमोल/घंटा)।
अधिकांश कार्बनिक यौगिकों एवं कई आदर्श प्रणालियों में, विभिन्न घटकों की वाष्पीकरण ऊष्मा में बहुत अंतर नहीं होता। इसलिए, मिश्रण की वाष्पीकरण ऊष्मा को उसकी संरचना से स्वतंत्र माना जा सकता है। प्रत्येक स्तर पर मिश्रण की वाष्पीकरण ऊष्मा लगभग समान होती है। संरचना में परिवर्तन के कारण तरल की ऊष्मा में होने वाला परिवर्तन, उसकी वाष्पीकरण ऊष्मा की तुलना में बहुत कम होता है; इसलिए इसे नजरअंदाज किया जा सकता है। अतः, तरल अवस्था में ऊष्मा लगभग समान ही होती है।
आसानी से वाष्पित होने वाले घटकों एवं कठिनाई से वाष्पित होने वाले घटकों का आणविक वाष्पीकरण ऊष्मा-आपूर्ति समान होती है; अन्य ऊष्मा-प्रभावों को नगण्य माना जा सकता है या वे आपस में रद्द हो जाते हैं। इस प्रकार, तरल के वाष्पीकरण एवं गैस के घनीकरण हेतु आवश्यक ऊष्मा आपस में ही पूरी हो जाती है, जिससे प्रत्येक टॉवर-प्लेट से गुजरने वाले तरल एवं गैस के आणविक प्रवाह-दर स्थिर रहती हैं।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्रैक्शन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
“स्थिर प्रवाह परिकल्पना” से तात्पर्य है कि प्रत्येक टैरेफ़ स्लैब पर ऊपर जाने वाली भाप की मात्रा समान होती है, एवं नीचे आने वाले तरल पदार्थ की मात्रा भी समान होती है।
स्थिर मोलर वाष्पीकरण: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ाइल पर ऊपर जाने वाली वाष्प की मोलर दर समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। स्थिर मोलर ओवरफ्लो: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफल पर तरल पदार्थ का प्रवाह दर समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। शर्त: घटकों का मोलर वाष्पीकरण समान या लगभग समान होना चाहिए। ； जब वाष्प एवं तरल पदार्थ आपस में संपर्क में आते हैं, तो तापमान में अंतर के कारण होने वाली ऊष्मा-हस्तांतरण प्रक्रिया को नगण्य ； टॉवर से होने वाला ऊष्मा-नुकसान नगण्य है।
डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ाइल से नीचे आने वाले तरल पदार्थ का हज़ार मोल/समय का प्रवाह मात्रा समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है, लेकिन दोनों सेक्शनों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर मोलर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ाइल से ऊपर उठने वाली वाष्प का हज़ार मोल/समय का प्रवाह मात्रा भी समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है, लेकिन दोनों सेक्शनों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
स्थिर मोलर ओवरफ्लो: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे आने वाले तरल पदार्थ का मोलर प्रवाह मात्रा समान होती है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर मोलर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से ऊपर उठने वाली गैस का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्रैक्शन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफल से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्रैक्शन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्रैक्शन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
“हेंगमियर फ्लो हाइपोथीसिस” की सामग्री का वर्णन। स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़्लो से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
स्थिर मोलर तरल प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे जाने वाले तरल का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता। स्थिर मोलर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से ऊपर जाने वाली गैसों का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता।
स्थिर मोलर तरल प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे जाने वाले तरल का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता। स्थिर मोलर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़ से ऊपर जाने वाली गैसों का मोलर प्रवाह समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मान आवश्यक रूप से समान नहीं होता।
हेंगमियर फ्लो हाइपोथीसिस की व्याख्या: हेंगमियर फ्लो – डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफल से नीचे आने वाले तरल पदार्थ का प्रवाह-दर समान होता है; रिफ्यूजन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह मान समान नहीं होना आवश्यक है। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
स्थिर प्रवाह दर: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन सेक्शन में, प्रत्येक टैरेफ़ से नीचे आने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर समान होती है; रिफ्रैक्शन सेक्शन में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों सेक्शनों में यह प्रवाह दर आवश्यक रूप से समान नहीं होती। स्थिर वाष्पीकरण प्रवाह: डिस्टिलेशन टॉवर के डिस्टिलेशन खंड में, प्रत्येक टैरेफ़्लो में से ऊपर उठने वाली वाष्प का प्रवाह मात्रा में समान होता है; रिफ्यूजन खंड में भी ऐसा ही होता है। लेकिन दोनों खंडों में यह मात्रा आवश्यक रूप से समान नहीं होती।
“स्थिर मोल फ्लो” की धारणा के अनुसार, आसानी से वाष्पित होने वाले घटकों एवं कठिनाई से वाष्पित होने वाले घटकों की वाष्पीकरण हेतु आवश्यक ऊष्मा समान होती है; अन्य ऊष्मा-प्रभावों को नजरअंदाज किया जा सकता है, या वे आपस में रद्द हो जाते हैं। इस प्रकार, तरल के वाष्पीकरण एवं गैस के घनीकरण हेतु आवश्यक ऊष्मा आपस में ही पूरी हो जाती है, जिससे प्रत्येक टॉवर-प्लेट से गुजरने वाले तरल एवं गैस दोनों की मोल-दर स्थिर रहती है।