पंजीकृत रासायनिक इंजीनियर व्यावसायिक परीक्षा विशेष विषय-6: गैस अवशोषण
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इस पोस्ट को अंतिम बार zhanghp30 द्वारा 2018-10-13 23:02 पर संपादित किया गया।1. मान लीजिए कि किसी अवशोषण प्रक्रिया में, अवशोषक का आयात तापमान, गैस की निकासी सांद्रता, अवशोषक की इनलेट सांद्रता, एवं संचालन दबाव सभी स्थिर हैं। यदि कम सांद्रता वाली द्विघटकीय मिश्रित गैसों के अवशोषण हेतु बेहतर गुणवत्ता वाले फिलरों का उपयोग किया जाए, तो निम्नलिखित कथनों में से कौन-सा गलत है? (BCD)
A. आवश्यक ऊर्जा-हस्तांतरण इकाइयों की संख्या स्थिर रहती है; फिलर परत की ऊँचाई कम हो जाती है।； B के लिए आवश्यक द्रव-स्थानांतरण इकाइयों की संख्या अपरिवर्तित रहती है, पैकिंग परत की ऊँचाई अपरिवर्तित रहती है। ； C के लिए आवश्यक द्रव-स्थानांतरण इकाइयों की संख्या कम हो जाती है, तथा पैकिंग परत की ऊँचाई भी कम हो जाती है। ； डी में आवश्यक पदार्थ-स्थानांतरण इकाइयों की संख्या स्थिर रहती है; फिलर परत की ऊँचाई भी स्थिर रहती है ； बीसीडी द्रवणन इकाईयों की संख्या, चरण संतुलन एवं प्रवेश/निकास एकाग्रता से संबंधित है; यदि ये मान अपरिवर्तित रहें, तो द्रवणन इकाईयों की संख्या भी अपरिवर्तित रहेगी। ； अच्छे ग्रैन्युल्स का उपयोग करने से, द्रव-विनिमय इकाईयों की ऊँचाई कम हो जाती है; लेकिन द्रव-विनिमय इकाईयों की संख्या तो वही रहती है। अतः ग्रैन्युल्स की परत की ऊँचाई भी कम हो जाती है। ध्यान दें कि प्रश्न में गलत विकल्प चुनने को कहा गया है! 2. फिलर टॉवर में, मिश्रित गैस में मौजूद अमोनिया गैस को सादे पानी की मदद से अवशोषित किया जाता है। जब पानी पंप द्वारा पंप किए जाने वाले पानी की मात्रा कम हो जाती है, तो गैस-घन चरणों के बीच होने वाले अवशोषण की प्रक्रिया में सुधार होता है। अतः विकल्प (A) सही है।
A: बढ़ जाता है
B: कम हो जाता है
C: अपरिवर्तित रहता है
D: निर्धारित नहीं किया जा सकता।
S = m*G/L; L कम होने पर S बढ़ जाता है, इसलिए अवशोषण हेतु आवश्यक बल कम हो जाता है, जबकि गैस-घन चरणों के बीच होने वाले अवशोषण हेतु आवश्यक बल बढ़ जाता है। 3. फिलिंग टॉवर में, शुद्ध विलायक का उपयोग करके मिश्रण में मौजूद घुलनशील घटक A को विपरीत दिशा में अवशोषित किया जाता है। ज्ञात है कि गैस मिश्रण में A की प्रारंभिक सांद्रता 0.06 है (मोल अनुपात, इसी प्रकार)। अवशोषण के बाद गैस के निर्गमन संघटक का मान 0.005 है; अवशोषण के बाद विलयन के संघटक का मान 0.095 है। परिचालन अवस्थाओं में गैस-तरल चरण संतुलन के अनुसार y = 0.6x है। तरल एवं गैस चरणों में द्रव-स्थानांतरण गुणांकों का संबंध तरल एवं गैस प्रवाह दरों से इस प्रकार है: Ky*a, G^0.7 के समानुपाती है; Kx*a, L^0.7 के समानुपाती है। अवशोषण प्रक्रिया गैस-आवरण नियंत्रित है। HOG = 1 मीटर है। अब निम्नलिखित की गणना कीजिए:
(1) जब पैकिंग परत की ऊँचाई आधी हो जाती है, तब टॉवर के अनुभाग में गैस के संघटक का मान क्या होगा? ； (2) जब तरल चरण का प्रवाह बढ़ जाता है, एवं गैसीय चरण का प्रवाह एवं गैस-तरल मिश्रण की संरचना स्थिर रहती है, तो घुलनशील पदार्थ A के अवशोषण की मात्रा में क्या परिवर्तन होता है?
A. बढ़ जाता है
B. कम हो जाता है
C. स्थिर रहता है
D. निर्धारित नहीं किया जा सकता
4. शंघाई की एक प्रसिद्ध पर्यावरण संरक्षण कंपनी, एक विदेशी कंपनी के अनुरोध पर, गैस मिश्रण में मौजूद घुलनशील पदार्थ A को अलग करने का कार्य कर रही है। प्रक्रिया इंजीनियरों के अनुसार, गैस में पदार्थ A की प्रारंभिक मात्रा 0.045 थी; अब शुद्ध विलायक का उपयोग करके इसे अवशोषित किया जा रहा है। गैस के निकास बिंदु पर पदार्थ A की मात्रा 0.018 एवं घोल के निकास बिंदु पर इसकी मात्रा 0.088 है। संचालन की परिस्थितियों में गैस-तरल संतुलन संबंध y = 0.5x है। चूँकि यह अवशोषण प्रक्रिया “गैस-झिल्ली नियंत्रण” विधि से हो रही है, इसलिए:
(1) गैस-संचरण इकाइयों की संख्या NOG क्या है? ； (2) ठेकेदार की मांग है कि, जब वायु-चरण एवं वायु-तरल इनपुटों की संरचना स्थिर रहे, तो यदि तरल-चरण का प्रवाह दोगुना हो जाए, तब भी गैस के अवशोषण के बाद निकासी बिंदु पर गैस की सांद्रता 0.006 से अधिक नहीं होनी चाहिए। प्रक्रिया इंजीनियर, प्रक्रिया संबंधी गणनाएँ करते हैं; अंत में वे वह मान प्राप्त करते हैं जो ग्राहक द्वारा निर्धारित किया गया है। A: B तक पहुँचा जा सकता है; B: C तक पहुँचा नहीं जा सकता; C: आवश्यक शर्तें अनुपस्थित हैं; D: निर्णय नहीं लिया जा सकता।
5. अवशोषण टॉवर में किसी बिंदु पर, वायुद्रव्यमान की सांद्रता y = 0.025 है, द्रवद्रव्यमान की सांद्रता x = 0.01 है। वायुद्रव्यमान के स्थानांतरण गुणांक ky = 2 किमोल/मी²·घंटा है, जबकि कुल वायुद्रव्यमान स्थानांतरण गुणांक Ky = 1.5 किमोल/मी²·घंटा है। संतुलन संबंध y = 0.5x है। तो उस बिंदु पर वायुद्रव्यमान की सांद्रता कितनी होगी?
ye = 0.5 * 0.01 = 0.005; NA = Ky * (y – ye) = ky * (y – yi). अतः 1.5 * (0.025 – 0.005) = 2 * (0.025 – yi); इससे yi = 0.01।
6. किसी अवशोषण टॉवर में भराव सामग्री की ऊँचाई 4.5 मीटर है। सादे पानी का उपयोग करके वायुमंडलीय अपशिष्टों में मौजूद हानिकारक घटक A को अवशोषित किया जाता है। संतुलन संबंध y = 1.5x है। द्रवद्रव्यमान की निकासी सांद्रता 0.008 है। वायुद्रव्यमान की प्रवेश/निकासी सांद्रताएँ क्रमशः 0.02 एवं 0.004 हैं।
(1) NOG;
(2) संचालन हेतु आवश्यक द्रव-वायु अनुपात, न्यूनतम द्रव-वायु अनुपात से कितना गुना है?
(3) स्थानीय पर्यावरण विभाग के अनुसार, उत्सर्जन सांद्रता 0.003 से कम होनी आवश्यक है। इस मानदंड को पूरा करने हेतु क्या उपाय किए जा सकते हैं?
(1) V/L = 0.0008 / (0.02 – 0.004) = 0.5; S = mV/L = 1.5 * 0.5 = 0.75। NOG = 1 / [(1 – S) * Ln] = 2.77।
(2) (L/V)min = (y1 – y2) / (x1* – x2) = 1.2; अतः (L/V) / (L/V)min = 2 / 1.2 = 1.667।
(3) आमतौर पर, द्रव-वायु अनुपात को अपरिवर्तित रखकर भराव सामग्री की ऊँचाई बढ़ाकर ही इस समस्या का समाधान किया जाता है। अतः NOG’ = 1 / [(1 – S) * Ln]; यहाँ y2’ = 0.003 है। अतः NOG’ = 3.53। भराव सामग्री की ऊँचाई में वृद्धि detaH = HOG * (NOG’ – NOG) = (4.5 / 2.77) * (3.53 – 2.77) = 1.23 मीटर।
7. विपरीत प्रवाह विधि से मिश्रण गैस में उपस्थित बेंजीन को अवशोषित किया जाता है। दिया गया है कि मिश्रण गैस में बेंजीन की मात्रा 5% है; शेष घटक निष्क्रिय हैं। अवशोषण दर 95% है। टॉवर में आने वाली गैस की मात्रा 42.4 किमोल/घंटा है। अवशोषक पदार्थ बेंजीन-रहित केरोसिन है; केरोसिन की खपत न्यूनतम आवश्यक मात्रा का 1.5 गुना है। टॉवर का व्यास 0.6 मीटर है। संतुलन स्थिति में ye=0.14x है। वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण गुणांक Kya=125 किमोल/म³.घंटा है। केरोसिन का औसत आणविक भार 170 किग्रा/किमोल है।
(1) केरोसिन की खपत (किग्रा/घंटा);
(2) टॉवर से निकलने वाले केरोसिन में बेंजीन की मात्रा;
(3) फिलर की ऊँचाई;
(4) प्रति घंटे टॉवर द्वारा अवशोषित बेंजीन की मात्रा (किग्रा);
(5) अवशोषण दर बढ़ाने हेतु कौन-से उपाय किए जा सकते हैं?
(1) y1=0.05, Q=0.95, x2=0; V=42.4 किमोल/घंटा। L/V=1.5। L=0.1995 किमोल/घंटा। केरोसिन की खपत = 8.459 किमोल/घंटा = 1438 किग्रा/घंटा।
(2) y2=y1(1-Q)=0.0025। x1=G/L(y1-y2)=0.238।
(3) S=mV/L=0.702। NOG=6.76। HOG=1.2 मीटर। H=8.1 मीटर।
(4) अवशोषित बेंजीन की मात्रा = 157 किग्रा/घंटा।
(5) अवशोषण दर बढ़ाने हेतु दबाव एवं तापमान को बढ़ाना आवश्यक है।
8. विपरीत प्रवाह विधि में, जब S>1 हो, तो टॉवर अनंत ऊँचाई वाला होने पर वायु-चरण एवं तरल-चरण (टॉवर के निचले भाग में) संतुलन में आते हैं।
उत्तर: B
9. रासायनिक अवशोषण से भौतिक अवशोषण में परिवर्तन होता है। इससे तरल-चरण में प्रतिरोध कम हो जाता है, जबकि वायु-चरण में प्रतिरोध अपरिवर्तित रहता है।
उत्तर: B
10. विपरीत प्रवाह विधि में, यदि S=1 हो, तो वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या सैद्धांतिक इकाइयों की संख्या के बराबर होती है। यदि S>1 हो, तो वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या सैद्धांतिक इकाइयों की संख्या से अधिक होती है।
उत्तर: A, B
11. कम सांद्रता वाली गैसों के विपरीत प्रवाह अवशोषण में, यदि अन्य सभी शर्तें समान रहें एवं टॉवर में आने वाली गैस की मात्रा कम हो जाए, तो तरल-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या अपरिवर्तित रहेगी। वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या बढ़ जाएगी। ऑपरेशन लाइन की ढलान भी बढ़ जाएगी।
उत्तर: C, C, A, B, A
(1) केरोसिन की खपत (किग्रा/घंटा);
(2) टॉवर से निकलने वाले केरोसिन में बेंजीन की मात्रा;
(3) फिलर की ऊँचाई;
(4) प्रति घंटे टॉवर द्वारा अवशोषित बेंजीन की मात्रा (किग्रा);
(5) अवशोषण दर बढ़ाने हेतु कौन-से उपाय किए जा सकते हैं?
(1) y1=0.05, Q=0.95, x2=0; V=42.4 किमोल/घंटा। L/V=1.5। L=0.1995 किमोल/घंटा। केरोसिन की खपत = 8.459 किमोल/घंटा = 1438 किग्रा/घंटा।
(2) y2=y1(1-Q)=0.0025। x1=G/L(y1-y2)=0.238।
(3) S=mV/L=0.702। NOG=6.76। HOG=1.2 मीटर। H=8.1 मीटर।
(4) अवशोषित बेंजीन की मात्रा = 157 किग्रा/घंटा।
(5) अवशोषण दर बढ़ाने हेतु दबाव एवं तापमान को बढ़ाना आवश्यक है।
8. विपरीत प्रवाह विधि में, जब S>1 हो, तो टॉवर अनंत ऊँचाई वाला होने पर वायु-चरण एवं तरल-चरण (टॉवर के निचले भाग में) संतुलन में आते हैं।
उत्तर: B
9. रासायनिक अवशोषण से भौतिक अवशोषण में परिवर्तन होता है। इससे तरल-चरण में प्रतिरोध कम हो जाता है, जबकि वायु-चरण में प्रतिरोध अपरिवर्तित रहता है।
उत्तर: B
10. विपरीत प्रवाह विधि में, यदि S=1 हो, तो वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या सैद्धांतिक इकाइयों की संख्या के बराबर होती है। यदि S>1 हो, तो वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या सैद्धांतिक इकाइयों की संख्या से अधिक होती है।
उत्तर: A, B
11. कम सांद्रता वाली गैसों के विपरीत प्रवाह अवशोषण में, यदि अन्य सभी शर्तें समान रहें एवं टॉवर में आने वाली गैस की मात्रा कम हो जाए, तो तरल-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या अपरिवर्तित रहेगी। वायु-चरण में समग्र स्थानांतरण इकाइयों की संख्या बढ़ जाएगी। ऑपरेशन लाइन की ढलान भी बढ़ जाएगी।
उत्तर: C, C, A, B, A
12. पैक्ड टॉवर में, शुद्ध विलायक का उपयोग करके किसी गैस मिश्रण में उपस्थित घुलनशील घटक A को अवशोषित किया जाता है। दिया गया है कि गैस A की प्रारंभिक सांद्रता 0.06 है (मोल अनुपात में)। अवशोषण के बाद गैस की सांद्रता 0.005 हो जाती है, जबकि अवशोषित विलयन में घटक A की सांद्रता 0.095 है। कार्यात्मक परिस्थितियों में वायु-तरल संतुलन समीकरण y = 0.6x है। तरल एवं वायु चरणों में द्रव-स्थानांतरण गुणांक Kya, G^0.7 के अनुपात में है; Kxa, L^0.7 के अनुपात में है। यह अवशोषण प्रक्रिया वायु-आवरण नियंत्रित है, एवं HOG = 1 मीटर है। अतः निम्नलिखित ज्ञात कीजिए:
(1) पैकिंग स्तर की ऊँचाई एवं पैकिंग स्तर की आधी ऊँचाई पर टॉवर के अनुभाग में वायु की सांद्रता।
(2) जब तरल प्रवाह दर बढ़ती है, तो वायु प्रवाह दर एवं वायु-तरल प्रवेश सांद्रता समान रहते हुए, घटक A की अवशोषित मात्रा में क्या परिवर्तन होता है? कारण भी बताइए।
(1) L/V = (y1 – y2)/(x1 – x2); L/V = 0.579, S = mL/V = 1.036। NOG = (1/(1–S)) × Ln = 14; अतः H = NOG × HOG = 14 मीटर। पैकिंग स्तर की आधी ऊँचाई पर NOG’ = 7, S समान रहता है; इससे y’ = 0.036 प्राप्त होता है।
(2) जब तरल प्रवाह दर बढ़ती है, तो वायु प्रवाह दर एवं वायु-तरल प्रवेश सांद्रता समान रहते हुए, घटक A की अवशोषित मात्रा बढ़ जाती है। कारण यह है कि अवशोषण प्रक्रिया वायु-आवरण नियंत्रित है; L बढ़ने से V समान रहता है, Kya एवं HOG भी समान रहते हैं। अतः NOG समान रहता है, लेकिन S = mV/L कम हो जाता है। NOG = (1/(1–S)) × Ln से y2 कम हो जाता है; अतः अवशोषित मात्रा = V(y1 – y2) बढ़ जाती है।
13. पैक्ड टॉवर में, सादे पानी का उपयोग करके मिश्रित गैस में उपस्थित अमोनिया को अवशोषित किया जाता है। जब पंप में खराबी हो जाती है एवं पानी का प्रवाह कम हो जाता है, तो वायु-चरण में द्रव-स्थानांतरण इकाईयों की संख्या (A) बढ़ जाती है; B कम हो जाता है; C समान रहता है। L कम हो जाता है, S बढ़ जाता है; अवशोषण की क्षमता कम हो जाती है, अतः NOG अवश्य ही बढ़ जाता है।
14. मूलभूत अवधारणाएँ: HOG, द्रव-स्थानांतरण उपकरणों के प्रदर्शन का एक मापदंड है; NOG, अवशोषण की कठिनाई का एक मापदंड है।
15. मूल सूत्र: m = E/P; E = ps/HMs; y = mx; C* = H*P.
(1) पैकिंग स्तर की ऊँचाई एवं पैकिंग स्तर की आधी ऊँचाई पर टॉवर के अनुभाग में वायु की सांद्रता।
(2) जब तरल प्रवाह दर बढ़ती है, तो वायु प्रवाह दर एवं वायु-तरल प्रवेश सांद्रता समान रहते हुए, घटक A की अवशोषित मात्रा में क्या परिवर्तन होता है? कारण भी बताइए।
(1) L/V = (y1 – y2)/(x1 – x2); L/V = 0.579, S = mL/V = 1.036। NOG = (1/(1–S)) × Ln = 14; अतः H = NOG × HOG = 14 मीटर। पैकिंग स्तर की आधी ऊँचाई पर NOG’ = 7, S समान रहता है; इससे y’ = 0.036 प्राप्त होता है।
(2) जब तरल प्रवाह दर बढ़ती है, तो वायु प्रवाह दर एवं वायु-तरल प्रवेश सांद्रता समान रहते हुए, घटक A की अवशोषित मात्रा बढ़ जाती है। कारण यह है कि अवशोषण प्रक्रिया वायु-आवरण नियंत्रित है; L बढ़ने से V समान रहता है, Kya एवं HOG भी समान रहते हैं। अतः NOG समान रहता है, लेकिन S = mV/L कम हो जाता है। NOG = (1/(1–S)) × Ln से y2 कम हो जाता है; अतः अवशोषित मात्रा = V(y1 – y2) बढ़ जाती है।
13. पैक्ड टॉवर में, सादे पानी का उपयोग करके मिश्रित गैस में उपस्थित अमोनिया को अवशोषित किया जाता है। जब पंप में खराबी हो जाती है एवं पानी का प्रवाह कम हो जाता है, तो वायु-चरण में द्रव-स्थानांतरण इकाईयों की संख्या (A) बढ़ जाती है; B कम हो जाता है; C समान रहता है। L कम हो जाता है, S बढ़ जाता है; अवशोषण की क्षमता कम हो जाती है, अतः NOG अवश्य ही बढ़ जाता है।
14. मूलभूत अवधारणाएँ: HOG, द्रव-स्थानांतरण उपकरणों के प्रदर्शन का एक मापदंड है; NOG, अवशोषण की कठिनाई का एक मापदंड है।
15. मूल सूत्र: m = E/P; E = ps/HMs; y = mx; C* = H*P.