स्थिर-बिस्तर, गतिशील-बिस्तर एवं उबलते-बिस्तर के लाभ/हानियाँ एवं उनके उपयोग के क्षेत्र।

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नीचे दी गई सभी जानकारियाँ इंटरनेट से ली गई हैं; इसलिए इसके लिए कोई कानूनी जिम्मेदारी नह स्थिर-बिस्तर: स्थिर-बिस्तर रिएक्टर को “भरे हुए बिस्तर वाला रिएक्टर” भी कहा जाता है। यह ऐसा रिएक्टर है, जिसमें ठोस उत्प्रेरक या ठोस अभिकारकों का उपयोग करके बहु-चरणीय अभिक्रियाएँ संपन्न की जाती हैं। ठोस पदार्थ आमतौर पर कणों के रूप में होते हैं; इन कणों का आकार लगभग 2 से 15 मिमी होता है। ये कण एक निश्चित ऊँचाई (या मोटाई) वाली परत के रूप में एकत्र हो जाते हैं। बेड लेयर स्थिर रहता है, एवं तरल पदार्थ बेड लेयर के माध्यम से ही अभिक्रिया करता है। इसका फ्लो-बेड रिएक्टर एवं मोबाइल-बेड रिएक्टर से अंतर यह है कि ठोस कण स्थिर अवस्था में रहते हैं। स्थिर-बिस्तर वाले रिएक्टरों का उपयोग मुख्य रूप से गैस-ठोस चरणीय उत्प्रेरित अभिक्रियाओं हेतु किया जाता है; जैसे कि अमोनिया संश्लेषण रिएक्टर, सल्फर डाइऑक्साइड के ऑक्सीकरण हेतु रिएक्टर, हाइड्रोकार्बनों के वाष्पीकरण हेतु रिएक्टर आदि। जब गैस-ठोस या तरल-ठोस चरणों में बिना उत्प्रेरक के अभिक्रियाएँ होती हैं, तो ऐसी स्थिति में बेड में ठोस अभिकारक ही भरे जाते हैं। जुआनलिउ बेड रिएक्टर को भी स्थिर-बेड रिएक्टर की श्रेणी में ही रखा जा सकता है; गैस एवं तरल पदार्थ, बेड के माध्यम से नीचे की ओर बहते हैं, जिससे गैस, तरल एवं ठोस पदार्थों के बीच संपर्क होता है। 1. वर्गीकरण: फिक्स्ड-बेड रिएक्टरों के तीन मूलभूत प्रकार हैं: ① अक्षीय इनसुलेटेड फिक्स्ड-बेड रिएक्टर। तरल पदार्थ, अक्षीय दिशा में ऊपर से नीचे की ओर बहता है; बेड लेयर का बाहरी वातावरण के साथ कोई ऊष्मा-आदान-प्रदान नहीं होता। ②रेडियल एडियाबैटिक स्थिर-बिस्तर अभिक्रियक। तरल पदार्थ, बिस्तर के माध्यम से त्रिज्यीय दिशा में बहता है; इसके लिए अपकेंद्रीय या केंद्रोत्सारी प्रवाह का उपयोग किया जा सकता है। बिस्तर एवं बाहरी वातावरण के बीच कोई ऊ रेडियल रिएक्टरों में, एक्सीज़ियल रिएक्टरों की तुलना में, तरल पदार्थ का प्रवाह कम दूरी तय करता है; इसके अलावा, प्रवाह मार्ग का क्षेत्रफल अधिक होता है, एवं तरल पदार्थ पर लगने वाला दबाव भी कम होता है। लेकिन, रेडियल रिएक्टरों की संरचना, एक्सियल रिएक्टरों की तुलना में अधिक जटिल होती है। उपरोक्त दोनों प्रकार के रिएक्टर, अद्विसरणीय रिएक्टर ही हैं। इनका उपयोग उन मामलों में किया जाता है, जहाँ अभिक्रिया से उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा कम होती है, या जहाँ अभिक्रिया प्रणाली, अद्विसरणीय परिस्थितियों में अभिक्रिया से उत्पन्न तापमान परिवर्तनों को सहन कर सकती हो। ③ट्यूबलर फिक्स्ड-बेड रिएक्टर। यह कई प्रतिक्रिया नलिकाओं को समानांतर रूप से जोड़कर बनाया पाइपों के अंदर या बीच में उत्प्रेरक रखे जाते हैं; ऊष्मा-वाहक पदार्थ पाइपों के बीच या अंदर से होकर गुजरता है, जिससे तापन/शीतलन होता है। पाइपों का व्यास आमतौर पर 25–50 मिमी के बीच होता है, एवं पाइपों की संख्या हजारों तक हो सकती है। ट्यूबलर फिक्स्ड-बेड रिएक्टर, उन अभिक्रियाओं के लिए उपयुक्त होता है, जिनमें अभिक्रिया से उत्पन्न होने वाली ऊष्मा की इसके अलावा, उपरोक्त मूल रूपों को आपस में जोड़कर भी ऐसे रिएक्टर बनाए जा सकते हैं; ऐसे रिएक्टरों को “बहु-स्तरीय फिक्स्ड-बेड रिएक्टर” कहा जाता है। उदाहरण के लिए, जब अभिक्रिया से उत्पन्न होने वाली ऊष्मा की मात्रा अधिक होती है, या तापमान को विभिन्न चरणों में नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, तो कई इन्सुलेटेड रिएक्टरों को एक साथ जोड़कर “बहु-स्तरीय इन्सुलेटेड फिक्स्ड-बेड रिएक्टर” बनाया जा सकता है। रिएक्टरों के बीच ऊष्मा-आदान हेतु एक्सचेंजर या पदार्थों को प्रदान करने हेतु व्यवस्था की जाती है; ताकि इष्टतम तापमान की स्थितियों में ही अभिक्रिया संपन्न हो स 2. विशेषताएँ: फिक्स्ड-बेड रिएक्टर के लाभ हैं – ① प्रवाह में होने वाला मिश्रण कम होता है; इससे तरल पदार्थ एवं उत्प्रेरक के बीच प्रभावी संपर्क संभव होता है। जब अभिक्रिया के दौरान कोई सह-अभिक्रियाएँ भी होती हैं, तो ऐसे रिएक्टरों में उच्च चयनात्मकता प्राप्त की जा सकती है। ②उत्प्रेरक का यांत्रिक क्षय कम होता है। ③संरचना सरल है। फिक्स्ड-बेड रिएक्टरों के नुकसान हैं: ① ऊष्मा संचरण में कमी; जब अभिक्रिया से बहुत अधिक ऊष्मा उत्पन्न होती है, तो ट्यूब्यूलर रिएक्टरों में भी तापमान नियंत्रण से बाहर हो सकता है (अर्थात् तापमान तेजी से बढ़ जाता है, एवं अनुमेय सीमा से ऊपर चला जाता है)। ②प्रक्रिया के दौरान कैटलिस्ट को बदला नहीं जा सकता। ऐसी प्रतिक्रियाओं में, जिनमें कैटलिस्ट को बार-बार पुनर्जीवित करने की आवश्यकता होती है, इसका उपयोग आमतौर पर उचित नहीं माना जाता; ऐसी स्थितियों में फ्लो-बेड रिएक्टर या मोबाइल-बेड रिएक्टर का उपयोग किया जाता 　　फिक्स्ड-बेड रिएक्टरों में उपयोग होने वाले उत्प्रेरक केवल कणीय रूप में ही नहीं होते; जालीदार संरचना वाले उत्प्रेरक भी औद्योगिक क्षेत्र में पहले से ही उपयोग में आ रहे वर्तमान में, सेल्युलर एवं फाइबरीय संक्रियाकारकों का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है। 　　गणितीय मॉडलों के दृष्टिकोण से, “स्थिर-बिस्तर अभिक्रियक” ऐसा ही एक बहु-चरणीय अभिक्रियक है, जिसका अध्ययन काफी हद तक किया गया है। स्थिर-बिस्तर अभिक्रियक का वर्णन करने हेतु कई गणितीय मॉडल हैं; इन्हें मुख्य रूप से “अर्ध-समचरणीय मॉडल” (जिसमें तरल एवं ठोस पदार्थों के बीच सांद्रता एवं तापमान में अंतर को ध्यान में नहीं लिया जाता) एवं “बहु-चरणीय मॉडल” (जिसमें तरल एवं ठोस पदार्थों के बीच सांद्रता एवं तापमान में अंतर को ध्यान में लिया जाता है) में विभाजित किया जा सकता है। प्रत्येक श्रेणी को फिर “बिना पुनर्मिश्रण वाले मॉडल” एवं “पुनर्मिश्रण वाले मॉडल” में भी विभाजित किया जा सकता है। इसके अलावा, अभिक्रियक के त्रिज्यीय दिशा में सांद्रता एवं तापमान में होने वाले परिवर्तनों को ध्यान में रखकर इन मॉडलों को “एक-आयामी मॉडल” एवं “द्वि-आयामी मॉडल” में भी विभाजित किया जा सकता है। फिक्स्ड-बेड रिएक्टर, एक ऐसा बहु-चरणीय उत्प्रेरक रिएक्टर है जिसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस रिएक्टर में स्थिर ठोस कण होते हैं; ये कण या तो ठोस उत्प्रेरक हो सकते हैं, या ठोस अभिकारक भी हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, ट्यूब-आकार के फिक्स्ड-बेड रिएक्टरों में ट्यूबों के अंदर उत्प्रेरक होता है, एवं अभिकारक पदार्थ ऊपर से नीचे तक इस ठोस पदार्थ के ऊपर से गुजरता है। ट्यूबों के बीच में ऊष्मा-वाहक होता है, जो ट्यूबों के अंदर मौजूद अभिकारक पदार्थों के साथ ऊष्मा-आदान-प्रदान करके आवश्यक तापमान को बनाए रखता है। इसके अलावा, फिक्स्ड-बेड रिएक्टरों का उपयोग गैस-ठोस एवं तरल-ठोस गैर-उत्प्रेरक अभिक्रियाओं हेतु भी किया जा सकता है। जब गैस कम गति से स्थिर बेड से होकर बहती है, तो बहने वाली गैस का ऊपर उठने का प्रतिरोध कणों की गति में कोई परिवर्तन नहीं लाता; इस प्रकार बेड की ऊँचाई स्थिर रहती है। ； बेड लेयर में दबाव-ह्रास, प्रवाह-गति के लॉगरिथम के साथ बढ़ता है। फ्लूइडाइज्ड बेड: फ्लूइडाइज्ड बेड में, तरल पदार्थ सूक्ष्म कणों से भरे बेड/टॉवर से ऊपर की ओर बहता है। जब तरल पदार्थ की गति कम होती है, तो वह केवल स्थिर कणों के बीच के खाली स्थानों से ही गुजरता है; ऐसी स्थिति में इस बेड को “स्थिर बेड” कहा जाता है। ； जैसे-जैसे प्रवाह गति बढ़ती है, कण एक-दूसरे से दूर चले जाते हैं; और कुछ कण एक निश्चित क्षेत्र में कंपन करते हुए गति करते रहते हैं। इसे “विस्तारित बिस्तर” कहा जाता है। ； जब गति इतनी बढ़ जाती है कि सभी कण ऊपर की ओर बहने वाली गैस या तरल में तैरने लगते हैं, तब वह स्थिति ही “फ्लोटिंग बेड” की शुरुआत होती है। ठोस कण, पानी जैसे तरल पदार्थों की तरह ही, उपकरण के अंदर एक स्पष्ट सीमारेखा बनाते हैं; भले ही उपकरण झुक जाए, फिर भी वह सीमारेखा क्षैतिज ही रहती है। ； बेड लेयर में होने वाला दबाव-अंतर, प्रवाह-गति में होने वाले परिवर्तनों के साथ नहीं बदलता ( सरल शब्दों में, तरल पदार्थ के प्रभाव में ठोस कणों में ऐसी विशेषताएँ देखने को मिलती हैं, जो तरल पदार्थों की विशेषताओं जैसी होती हैं; इसे ही “फ्लूइडाइजेशन” कहा जाता ह फ्लो-बेड, वह उपकरण है जिसमें फ्लोक्यूइजेशन प्रक्रिया होती है। फ्लो-बेड रिएक्टर में, उत्प्रेरक उबलती हुई तरल स्थिति में रहता है; अभिक्रिया माध्यम एवं ऊपर उठाने वाले माध्यम के कारण यह तेज़ गति से रिएक्टर से गुजर जाता है – जैसा कि FCC रिएक्टरों में होता है। ट्रांसपोर्ट बेड: उपकरण के अंदर ठोस कणों के बीच कोई स्पष्ट सीमा नहीं होती। ； बेडलेयर का दबाव, प्रवाह गति बढ़ने के साथ कम हो जाता है। बॉयलिंग बेड, फ्लूइडाइज्ड बेड का ही एक रूप है। फ्लूइडाइज्ड बेड रिएक्टर में ठोस पदार्थ गतिशील अवस्था में रहते हैं; तरल पदार्थ एवं ठोस कणों से बना यह “बेड” तो ऐसा ही है, जैसे कि उबलता हुआ तरल। बॉयलिंग बेड रिएक्टर के निचले भाग में डिस्ट्रीब्यूशन प्लेटें होती हैं; इन प्लेटों पर ठोस कण रखे जाते हैं। तरल पदार्थ डिस्ट्रीब्यूशन प्लेटों के नीचे से आता है। जब तरल पदार्थ की गति एक निश्चित स्तर तक पहुँच जाती है, तो ठोस कण ढीले होने लगते हैं; और गति और बढ़ने पर वे गतिशील अवस्था में आ जाते हैं। रिएक्टर में आमतौर पर बैरियर, हीट एक्सचेंजर, एवं तरल एवं ठोस पदार्थों को अलग करने वाले उपकरण भी होते हैं। बॉयलिंग बेड में संपर्क सतह बड़ी होती है; इसलिए ऊष्मा एवं पदार्थों का हस्तांतरण दक्षतापूर्वक होता है, एवं उत्पादन दर भी अधिक होती है। लेकिन इसमें प्रतिमिश्रण की समस्या भी होती है। फ्लोटिंग बेड में, चूँकि ठोस पदार्थ गतिशील अवस्था में होते हैं, इसलिए अभिक्रिया या ऊष्मा स्थानांतरण की प्रक्रिया बेहतर होती है। लेकिन इसमें ऊर्जा की खपत अधिक होती है, एवं कोयले को नम करने की प्रक्रिया में धूल की मात्रा भी अधिक हो मूविंग बेड: मूविंग बेड, फिक्स्ड बेड के समान ही होता है; अंतर यह है कि ठोस कणों को ऊपर से लगातार जोड़ा जाता है, एवं नीचे से ही निकाला जाता है। मूविंग बेड, आयन विनिमय रेजिन का ऐसा उपकरण है, जिसमें आयन विनिमय प्रक्रिया एक्सचेंजर, रिजेनरेटर एवं क्लीनिंग टॉवरों के बीच चक्रीय रूप से होती रहती है। मोबाइल बेड एवं स्थिर बेड में अंतर यह है कि अभिक्रिया की प्रक्रिया के दौरान उत्प्रेरक, रिएक्टर के प्रवेश द्वार से निकास द्वार तक धीरे-धीरे गति करता है। ताज़ा उत्प्रेरक (या पुनर्जीवित उत्प्रेरक) रिएक्टर के प्रवेश द्वार से अंदर आता है, जबकि निष्क्रिय हो चुका उत्प्रेरक रिएक्टर के निकास द्वार से बाहर निकल जाता है, ताकि उसका पुनर्जीवन किया जा सके। उत्प्रेरक की गति धीमी है; इसलिए यह फ्लूइडाइज्ड अवस्था तक नहीं पहुँच पा रहा है। जैसे कि UOP एवं IFP की निरंतर पुनर्संश्लेषण प्रक्रियाओं में प्रयोग होने वाले मोबाइल बेड रिएक्टर। अंतर: फिक्स्ड-बेड प्रकार में उच्च राख-सामग्री वाले, उच्च गलनांक वाले कोयले को भी संसाधित किया जा सकता है; इसमें निवेश कम होता है, लेकिन पर्यावरणीय पहलुओं के लिहाज से यह अच्छा विकल्प नहीं है… एयर-फ्लो बेड प्रकार में उत्पादन सबसे अधिक होता है, लेक ； अब सल्फराइज्ड बेड में दबाव नहीं डाला जा सकता, इसलिए इसका उपयोग सीमित है। इन तीनों प्रकार के बिस्तरों में सबसे महत्वपूर्ण बात है बिस्तर का डिज़ाइन। वर्तमान में देश में बिस्तरों का डिज़ाइन ज्यादातर अनुमानों एवं परीक्षणों के आधार पर ही किया जाता है; औद्योगिक उत्पादन में ऐसे डिज़ाइनों में कई कमियाँ होती हैं। इनका मुख्य अंतर तो उनके उपयोग, सामग्री के गुणों, एवं यह भी है कि वह भौतिक प्रक्रिया है या रासायनिक प्रक्रिया। फिक्स्ड बेड एवं मोबाइल बेड, गैस-गैस, गैस-तरल एवं तरल-तरल अभिक्रियाओं के लिए उपयुक्त हैं। ऐसी प्रणालियों में बेड स्वयं ही उत्प्रेरक का कार्य करता है; इसके फायदे यह हैं कि मिश्रण में होने वाला विघटन कम होता है, ठोस पदार्थ कम मात्रा में बाहर निकलता है, एवं पृथक्करण भी आस फ्लो-बेड का डिज़ाइन, डिज़ाइन प्रक्रिया में बहुत ही महत्वपूर्ण है; इसे अभिक्रिया प्रणाली की आवश्यकताओं के अनुरूप ही डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इसके अलावा, संचालन के दौरान गैस की गति, निकासी की मात्रा, एवं संबंधित सर्कुलेटर जैसे पृथक्करण उपकरणों के डिज़ाइन के संबंध में भी कड़े नियम हैं। फ्लुइडाइज्ड बेड में ऊष्मा स्थानांतरण, बुलबुलों के टूटने एवं चैनलिंग को रोकने के उपायों पर भी काफी अध्ययन किए गए हैं। फ्लो-बेड में यह ध्यान रखना आवश्यक है कि गैस वितरण प्रणाली में कोई अवरोध न हो; क्योंकि ऐसा होने पर बहुत समस्याएँ हो जाती हैं। फिक्स्ड बेड, मोबाइल बेड एवं बॉयलिंग बेड के बीच का अंतर, बेड में प्रवेश करने वाली हवा की मात्रा पर आधारित होता है। हवा की मात्रा बढ़ने के साथ-साथ क्रमशः फिक्स्ड बेड, बबलिंग बेड (बॉयलिंग बेड), टर्बुलेंट बेड एवं कन्वेयर बेड बन जाते हैं। वास्तव में, “मूविंग बेड” भी “फ्लोटिंग बेड” ही है; इसमें कण नीचे की ओर खिसकते रहते हैं, जबकि बेड की ऊँचाई स्थिर रहती है। उदाहरण के लिए, तेल शोधन में प्रयोग में आने वाली “कैटलिटिक रीफॉर्मिंग” प्रक्रिया, एक ऐसी ही मूविंग बेड प्रक्रिया है। जहाँ तक इसके अनुप्रयोग क्षेत्रों एवं फायदों/नुकसानों की बात है, तो फ्लो-बेड तकनीक में पदार्थों एवं ऊष्मा का संचरण बेहतर होता है, एवं उत्पादन का पैमाना भी बड़ा होता है; इसलिए इसका उपयोग सबसे अधिक किया जाता है। उदाहरण के लिए, सर्कुलेटिंग फ्लो-बेड तकनीक का उपयोग विभिन्न प्रकार की गैसीकरण एवं दहन प्रक्रियाओं में किया जाता है। फिक्स्ड बेड एवं मोबाइल बेड, पदार्थ-स्थानांतरण एवं ऊष्मा-स्थानांतरण संबंधी सीमाओं के कारण छोटे आकार के होते हैं; लेकिन इनकी स्थापना हेतु आवश्यक पूंजी कम होती है। उदाहरण के लिए, रूच की कोक-गैसीकरण तकनीक एक ऐसी ही फिक्स्ड बेड तकनीक है। ऐसी प्रक्रियाओं में आमतौर पर कई भट्टियों का उपयोग किया जाता है, ताकि पूरी प्रक्रिया निरंतर चल सके।