پلگ فلو ری ایکٹر: کام کرنا، اخذ کرنا، خصوصیات اور اس کے استعمال

پلگ فلو ان ری ایکٹرز کی ایک اہم خصوصیت ہے، اس لیے کوئی بھی دو مالیکیول کم وقت میں ری ایکٹر میں داخل ہو سکتے ہیں اور ایک ہی وقت میں باہر نکل سکتے ہیں۔ پلگ بہاؤ ری ایکٹر ری ایکٹنٹس کے ساتھ ساتھ مصنوعات کی تقسیم کو بہتر بناتے وقت ایک موثر کنٹرولنگ ری ایکشن ٹائم فراہم کرتا ہے۔ لہذا، ری ایکٹرز میں اچھی کارکردگی کے لیے اچھا پلگ بہاؤ ضروری ہے۔ لہذا وہ ری ایکٹر جو پلگ فلو کیمسٹری استعمال کرتے ہیں عام طور پر پلگ فلو ری ایکٹر یا PFR ری ایکٹر کہلاتے ہیں۔ پلگ فلو ری ایکٹر یا پی ایف آر ایک تیسرا عام قسم کا ری ایکٹر ہے جہاں غذائی اجزاء کو ری ایکٹر میں لگاتار متعارف کرایا جاتا ہے اور ایک 'پلگ' کے طور پر پورے ری ایکٹر میں منتقل ہوتا ہے۔ یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے۔ پلگ بہاؤ ری ایکٹر اس کا کام کرنا، اور اس کی ایپلی کیشنز۔

پلگ فلو ری ایکٹر کیا ہے؟

پلگ فلو ری ایکٹر یا پسٹن فلو ری ایکٹر ایک مستطیل قسم کا آئیڈیلائزڈ فلو ری ایکٹر ہے جو ایک ٹیوب میں مواد کی پروسیسنگ کے لیے مسلسل سیال بہاؤ کا استعمال کرتا ہے۔ یہ ری ایکٹر ایک بیلناکار پائپ کے اندر کیمیائی رد عمل کو ظاہر کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے اس طرح کہ تمام کیمیائی رد عمل کے امتزاج بہاؤ کی سمت کے ساتھ ایک جیسی رفتار سے فراہم کیے جائیں گے، اس طرح؛ کوئی انضمام یا بیک فلو نہیں ہے۔

اس ری ایکٹر میں ایک بیلناکار پائپ شامل ہوتا ہے جس کے ہر سرے پر ری ایکٹنٹس کے ساتھ ساتھ ایسی مصنوعات ہوتی ہیں جن کے ذریعے ری ایکٹنٹس سپلائی کرتے ہیں۔ اس ری ایکٹر میں یکساں ردعمل کو برقرار رکھنے کے لیے ری ایکٹر کو ایک مقررہ درجہ حرارت پر پانی فراہم کیا جاتا ہے۔ پلگ فلو اس ری ایکٹر میں مواد کو ایک سرے سے دوسرے سرے تک لگاتار متعارف کروا کر تیار کیا جاتا ہے، یہ مواد کو مسلسل ہٹاتا ہے۔ پی ایف آر میں کثرت سے تیار کردہ مواد ہیں؛ پیٹرو کیمیکل، پولیمر، فارماسیوٹیکل وغیرہ۔ ان ری ایکٹرز میں مائع یا گیس فیز سسٹم میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔

پلگ فلو ری ایکٹر ایک شاندار رہائشی وقت کے کنٹرول کے ساتھ ساتھ رد عمل کے حالات بھی فراہم کرتا ہے۔ لہذا وہ اعلی سطح کی تبدیلی فراہم کرتے ہیں اور ہائی ہیٹ ریلیز (یا) ری ایکٹنٹ کے ارتکاز کے لیے حساسیت کے ذریعے رد عمل کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں۔ تاہم، ریڈیل مکسنگ اور محض محوری مکسنگ کے بغیر ان کی کچھ حدود ہیں۔

اہم خصوصیات

پلگ فلو ری ایکٹر کی اہم خصوصیات میں درج ذیل شامل ہیں۔

یک سمتی بہاؤ

پی ایف آر میں، ری ایکٹر کے ساتھ ساتھ مصنوعات بیک مکسنگ کے بغیر ری ایکٹر کی لمبائی کے ساتھ ایک ہی سمت میں سفر کرتے ہیں۔

ارتکاز کافرق

اس ری ایکٹر میں ری ایکٹر کا ارتکاز اور مصنوعات ری ایکٹر کی لمبائی کے ساتھ تبدیل ہوتی ہیں حالانکہ یہ بہاؤ کے عمودی کسی بھی حصے میں مطابقت رکھتا ہے۔

رہائش کا وقت

رہائش کا وقت ایک علیحدہ ری ایکٹنٹ والیوم جو PFR کے اندر گزارا جاتا ہے اسے رہائشی وقت کہا جاتا ہے اور تمام جلدوں کے لیے مستحکم ہوتا ہے۔

پلگ فلو ری ایکٹر کام کرنے کا اصول

پلگ فلو ری ایکٹر الکوحل اور دیگر نامیاتی مرکبات کو آکسائڈائز کرکے عمدہ کیمیکل تیار کرتا ہے جیسے کہ؛ روغن اور رنگ اس ری ایکٹر میں سیال پائپ یا ٹیوب میں مسلسل اور یکساں انداز میں حرکت کرتے ہیں۔ ری ایکٹر پورے ری ایکٹر میں بہنے کے لیے ری ایکٹر کے ایک سرے سے داخل ہوتے ہیں اور دوسرے سرے پر موجود ہوتے ہیں۔

اس ری ایکٹر میں پلگ فلو کی نوعیت اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ کیمیکل ری ایکٹنٹس PFR کے ذریعے اسی طرح کے حالات کے سامنے آتے ہیں اور یہ کہ ہر ری ایکٹنٹ کے رہائشی وقت ایک جیسا ہوتا ہے۔ لہذا، ایک پلگ فلو ری ایکٹر اہم رد عمل کے لیے ایک بہترین انتخاب ہے جس کے لیے رہائشی وقت، درجہ حرارت اور دباؤ کے عین مطابق کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

پلگ فلو ری ایکٹر ڈایاگرام

پلگ فلو ری ایکٹر کا ڈیزائن کسی قسم کی کیپلیری کے ساتھ کیا جا سکتا ہے جو کہ ایک چھوٹی ٹیوب (یا) پلیٹ میں لگا ہوا چینل ہے۔ یہ ایک لگاتار ری ایکٹر سیٹ ہے جس میں ری ایکٹر کے انلیٹ اور ری ایکٹر کے مواد کا ایک آؤٹ لیٹ ہوتا ہے جو ری ایکٹر کے پورے آپریشن میں مسلسل کیا جاتا ہے۔

ایک پلگ فلو ری ایکٹر (PFR) میں کوئی ایجیٹیٹر نہیں ہوتا ہے جس کی بیلناکار شکل ہوتی ہے جو کم سے کم مقدار میں بیک مکسنگ کے ساتھ سیال کو تیار کرنے کی اجازت دیتا ہے، نتیجے کے طور پر، تمام سیال ذرات جو ری ایکٹر میں جاتے ہیں ان کا رہائش کا وقت یکساں ہوتا ہے۔ . اس ری ایکٹر کو یقینی طور پر پتلی سیال کے ٹکڑوں کی ایک سیریز کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے، جس میں ایک چھوٹے بیچ ری ایکٹر پر مشتمل ہے، پسٹن کی طرح ری ایکٹر کے اندر آگے بڑھنے کے لیے سلائس میں مکمل طور پر ہلایا جاتا ہے۔

ری ایکٹر کے اندر موجود سیال سلائسوں میں سے کسی ایک کے لیے عام ماس توازن کی مساوات کو درج ذیل کی طرح ظاہر کیا جا سکتا ہے:

Inlet = آؤٹ لیٹ + کھپت + جمع

مندرجہ بالا اظہار کے ہر جزو کی اکائیاں ایک مادی رن ریٹ ہیں جیسے mol/sec۔

پلگ فلو ری ایکٹر مساوات اخذ

پلگ فلو ری ایکٹر ایک مثالی ری ایکٹر ہے جہاں کسی خاص حصے کے تمام ذرات کی رفتار اور حرکت کی سمت ایک جیسی ہوتی ہے۔ ایک پلگ فلو ری ایکٹر (PFR) میں کوئی بیک فلو یا مکسنگ نہیں ہوتا ہے، اس طرح انلیٹ سائیڈ سے آؤٹ لیٹ تک پلگ کی طرح فلو کا بہاؤ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے۔

یہ ری ایکٹر بڑے پیمانے پر توازن کے ساتھ ساتھ حرارت کے توازن پر مائع کی فرق کی مقدار کے اندر بنایا گیا ہے۔ اگر ہم تصور کرتے ہیں کہ طریقہ کار isothermal ہے، تو بڑے پیمانے پر توازن صرف سمجھا جاتا ہے.

اگر ہم مستحکم حالت کے حالات کا تصور کرتے ہیں تو ری ایکٹنٹ ارتکاز بالآخر مختلف نہیں ہوتے ہیں۔ یہ PFR کے آپریشن کا ایک عام طریقہ ہے۔ PFR کے لیے ریاضی کی مساوات کو اس طرح لکھا جا سکتا ہے؛

udCi/dx = ماخذ

Ci(0) = Ci(f)

0≤ x ≤ L

جہاں 'Ci' ری ایکٹنٹ ہے، 'i' ارتکاز ہے، 'u' سیال کی رفتار ہے، 'νi' stoichiometric coefficient ہے، 'r' رد عمل کی شرح ہے اور 'x' ری ایکٹر کے اندر پوزیشن ہے۔ 'Caf' ری ایکٹنٹ ہے ری ایکٹر کے انلیٹ میں ارتکاز اور 'L' ری ایکٹر کی لمبائی ہے۔ سیال 'u' کی رفتار Fv (m3/s) والیومیٹرک بہاؤ کی شرح اور ری ایکٹر S (m^2) کے کراس سیکشن ریجن پر منحصر ہوتی ہے:

u=Fv/S

ایک مثالی پی ایف آر میں، تمام مائع ذرات ری ایکٹر میں بالکل اسی وقت کے لیے رہے ہیں جسے اوسط رہائش کہا جاتا ہے، جس کی پیمائش کی جاتی ہے؛

T =L/u

رہائش کے وقت کا ڈیٹا عام طور پر کیمیکل ری ایکٹر انجینئرنگ میں تبدیلی اور باہر نکلنے کے ارتکاز کی پیشین گوئیاں کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

پہلا آرڈر ناقابل واپسی رد عمل

آئیے ایک سادہ سڑن ردعمل پر غور کریں:

A–>B

جب بھی رد عمل ناقابل واپسی اور پہلا حکم ہوتا ہے، ہمارے پاس ہے:

udCa/dx = -kCa

جہاں 'k' ایک متحرک مستقل ہے۔ عام طور پر، متحرک مسلسل بنیادی طور پر درجہ حرارت پر منحصر ہے. عام طور پر، اس تعلق کو بیان کرنے کے لیے ایک Arrhenius مساوات کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہاں، ہم isothermal حالات فرض کرتے ہیں، لہذا اس انحصار کو استعمال نہیں کریں گے۔

پہلے آرڈر کے ناقابل واپسی رد عمل کے ماڈل کو منطقی طور پر حل کیا جا سکتا ہے۔ تو حل مندرجہ ذیل ہے؛

Ca = Cafexp(-x*k/u)

دوسری ترتیب ناقابل واپسی رد عمل

دوسری ترتیب کے ناقابل واپسی ردعمل کی مثال آئیے ذیل میں سے ایک کو استعمال کریں:

2A --> بی

ایک بار جب رد عمل ناقابل واپسی اور دوسری ترتیب ہے، ہمارے پاس ہے:

udCa/dx = -2k*(Ca)^2

پلگ فلو ری ایکٹر کی خصوصیات

پلگ فلو ری ایکٹر کی خصوصیات میں درج ذیل شامل ہیں۔

• پلگ فلو ری ایکٹر میں ری ایکٹنٹ ایک مسلسل بہاؤ میں پورے ری ایکٹر میں بہتے ہیں جس میں بہت کم سے کوئی اختلاط نہیں ہوتا ہے۔
• پی ایف آر میں رد عمل اس وقت ہوتا ہے جب ری ایکٹنٹس ری ایکٹر کی لمبائی کے ساتھ حرکت کرتے ہیں۔
• ری ایکٹر کی لمبائی کے ساتھ ری ایکٹنٹس کا ارتکاز تبدیل ہوتا ہے اور داخلے پر ردعمل کی شرح عام طور پر زیادہ ہوتی ہے۔
• یہ ری ایکٹرز کثرت سے رد عمل کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں جہاں زیادہ مقدار میں تبدیلی ضروری ہو اور جہاں بھی رد عمل کی رفتار جذب تبدیلیوں کے لیے جوابدہ نہ ہو۔
• PFR کے اندر رہائش کا وقت عام طور پر کم ہوتا ہے۔
• بائیو فلم ایئر مائع انٹرفیس کی نقلی ماحول جیسے کہ زبانی گہا، گیلی چٹان کی سطحوں اور شاور کے پردے کے قریب بنتی ہے۔
• اس قسم کا ری ایکٹر کم قینچ میں ایک مستقل بایو فلم تیار کرتا ہے جسے جامد شیشے کے کوپن ری ایکٹر کی طرح مائکرو بائیسائیڈ کی تاثیر کو جانچنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
• اس ری ایکٹر کی بائیو فلم کا تجزیہ مختلف طریقوں سے کیا جاتا ہے جیسے کہ قابل عمل پلیٹ کی گنتی، موٹائی کا تعین اور ہلکی مائکروسکوپی۔
• پی ایف آر میں ری ایکٹنٹس کو مسلسل استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ وہ ری ایکٹر کی لمبائی سے نیچے بہہ جاتے ہیں۔
  ایک عام PFR کچھ ٹھوس مواد سے بھری ہوئی ٹیوب ہو سکتی ہے۔

فائدے اور نقصانات

دی پلگ فلو ری ایکٹر کے فوائد مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• CSTR پر PFR کا فائدہ یہ ہے کہ اس ری ایکٹر کا حجم اسی طرح کی جگہ وقت اور تبدیلی کی سطح کے لیے کم ہے۔
• ری ایکٹر کو کم جگہ کی ضرورت ہے اور اسی طرح کے ری ایکٹر والیوم کے لیے CSTR کے مقابلے PFR کے اندر تبادلوں کی مقدار زیادہ ہے۔
• اس ری ایکٹر کو گیس فیز کیٹلیٹک کائینیٹکس کے عمل کا فیصلہ کرنے کے لیے کثرت سے استعمال کیا جاتا ہے۔
• یہ ری ایکٹر رد عمل کو سنبھالنے میں اور CSTR (مسلسل ہلچل مچا دینے والے ٹینک ری ایکٹرز) کے مقابلے میں ہر ری ایکٹر والیوم کے لیے زیادہ تبادلوں کی شرح کے اندر 'عام' رد عمل کے اثرات کے ایک بڑے گروپ کے لیے بہت موثر ہیں۔
• ری ایکٹر فوری رد عمل کے لیے بہت موزوں ہیں۔
• پی ایف آر میں حرارت کی منتقلی کا انتظام ٹینک ری ایکٹرز کے مقابلے میں کافی بہتر طریقے سے کیا جا سکتا ہے جو انتہائی خارجی نظام کے لیے بہترین فٹ کا باعث بنتا ہے۔
• پلگ فلو کریکٹر اور بیک مکسنگ نہ ہونے کی وجہ سے، تمام ری ایکٹنٹس کی جانب سے مستقل رہائش کا وقت ہوتا ہے، جو قابل اعتماد پروڈکٹ کوالٹی کا باعث بنتا ہے خاص طور پر جہاں بہت زیادہ رہائش کے اوقات آلودگی کی تشکیل اور جلنے کا باعث بنتے ہیں، اور بہت کچھ۔
• پلگ فلو ری ایکٹر کی دیکھ بھال آسان ہے کیونکہ کوئی حرکت پذیر عناصر نہیں ہیں۔
• یہ میکانکی طور پر سادہ ہیں۔
• اس کی تبدیلی کی شرح ہر ری ایکٹر والیوم کے لیے زیادہ ہے۔
• مصنوعات کا معیار تبدیل نہیں ہوا ہے۔
• فوری رد عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے بہترین۔
• ری ایکٹر کا حجم بہت مؤثر طریقے سے استعمال کیا جاتا ہے۔
• بڑی صلاحیت کے عمل کے لیے بہترین۔
• دباؤ میں کمی۔
• کوئی بیک مکسنگ نہیں ہے۔
• براہ راست اسکیل ایبلٹی
• رہائش کا موثر وقت کنٹرول، درجہ حرارت کنٹرول، موثر اختلاط، بیچ سے بیچ کی تبدیلی محدود ہے، وغیرہ۔

دی پلگ فلو ری ایکٹر کے نقصانات مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• پی ایف آر میں، درجہ حرارت کے پروفائلز کی وسیع رینج کی وجہ سے خارجی ردعمل کی کارکردگی کو کنٹرول کرنا مشکل ہے۔
• PFR کے لیے، دیکھ بھال اور آپریشنل اخراجات CST کے مقابلے مہنگے ہیں۔
• ری ایکٹر کے لیے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنا مشکل ہے۔
• گرم دھبے ری ایکٹر میں پائے جاتے ہیں جب بھی خارجی رد عمل کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
• ساخت اور درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے اسے کنٹرول کرنا مشکل ہے۔
• PFRs کو ان کے پیچیدہ ڈیزائن اور اسمبلی کی وجہ سے ڈیزائن اور برقرار رکھنا مہنگا ہے۔
• PFRs کو عام طور پر درست رد عمل کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے اور ممکن ہے کہ وہ فیڈ اسٹاک یا رد عمل کے حالات میں تبدیلیوں کو ایڈجسٹ کرنے کے قابل نہ ہوں۔
• ان کے تنگ اور لمبے ڈیزائن کی وجہ سے ان کو برقرار رکھنا اور صاف کرنا مشکل ہے۔
• PFR میں ری ایکٹنٹس غیر مساوی طور پر بہہ سکتے ہیں جو گرم مقامات یا نامکمل رد عمل کا باعث بنتے ہیں۔
• یہ ذہن میں رکھنا بہت اہم ہے کہ پلگ فلو ری ایکٹر تمام ایپلی کیشنز میں فٹ نہیں ہو سکتے۔ لہذا یہ فیصلہ کرنے کے لیے کہ کسی درخواست کے لیے کس قسم کا ری ایکٹر موزوں ہے، رہائش کے وقت، حرکیات، انتخابی مسائل وغیرہ کا بغور تجزیہ کرنا چاہیے۔

ایپلی کیشنز

پلگ فلو ری ایکٹرز کے استعمال میں درج ذیل شامل ہیں۔

• PFRs عام طور پر کھاد، بڑے پیمانے پر کیمیکل، پیٹرو کیمیکل اور دواسازی کی پیداوار میں استعمال ہوتے ہیں۔
• یہ ری ایکٹر پولیمرائزیشن کے عمل میں استعمال ہوتے ہیں جیسے پولی پروپیلین اور پولیتھیلین کی پیداوار۔
• پلگ فلو ری ایکٹر مائع ٹھوس اور گیس ٹھوس رد عمل کے نظام کے لیے موزوں ہیں۔
• یہ متفاوت یا یکساں ردعمل کے لیے موزوں ہیں جیسے؛ تیل اور چربی ہائیڈروجنشن.
• PFRs کا استعمال الکوحل اور دیگر نامیاتی مرکبات کو آکسیڈائز کرنے اور روغن اور رنگ جیسے باریک کیمیکل بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔

اس طرح، یہ ہے پلگ فلو ری ایکٹر کا ایک جائزہ ، کام کرنا، فوائد، نقصانات، اور ایپلی کیشنز۔ ایک اچھے فلو ری ایکٹر کا ڈیزائن اور انتخاب اب بھی ایک فن ہے اور سالوں کا علم آپ کو انتخاب کرنے میں بہتری لاتا ہے۔ بعض اوقات، ایک پلگ فلو ری ایکٹر کو CTR (مسلسل ٹیوبلر ری ایکٹر) کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ ایک مثالی شکل میں، رد عمل کے امتزاج کی شکل کو کچھ پلگ سے بنا کر ناپا جا سکتا ہے اور ہر پلگ میں یکساں ارتکاز ہوتا ہے۔ اس پی ایف آر کا ایک قیاس ہے کہ کوئی محوری مکسنگ نہیں ہے لہذا ری ایکٹر میں بیک مکسنگ نہیں ہے۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، ری ایکٹر کیا ہے؟