क्लोर {{0} क्षार प्रक्रिया पर आधारित कास्टिक सोडा संयंत्र एक मशीन नहीं बल्कि एक सतत विद्युत रासायनिक उत्पादन प्रणाली है। पौधे का प्रत्येक भाग एक विशिष्ट परिवर्तन या शुद्धिकरण चरण करता है।
नमकीन तैयार करने की प्रणाली
नमकीन तैयार करने की प्रणाली ठोस औद्योगिक नमक (NaCl) को इलेक्ट्रोलिसिस फ़ीड के लिए उपयुक्त संतृप्त नमकीन पानी में परिवर्तित करती है। अधिकांश झिल्ली क्लोर {{1} क्षार डिजाइनों में, लक्ष्य नमकीन सांद्रता लगभग 300-310 ग्राम/एल NaCl पर नियंत्रित होती है।
प्रणाली में आम तौर पर एक नमक घोलने वाला टैंक, आंदोलनकारी, मोटे निस्पंदन स्क्रीन और एक नमकीन परिसंचरण लूप शामिल होता है। विघटन टैंक को सोडियम क्लोराइड क्रिस्टल के पूर्ण विघटन को सुनिश्चित करने के लिए नियंत्रित निवास समय, आमतौर पर 2-4 घंटे बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
रेत, मिट्टी और अघुलनशील लवण जैसी अघुलनशील अशुद्धियाँ निपटान या हाइड्रोसाइक्लोन पृथक्करण के माध्यम से हटा दी जाती हैं। फिर आउटपुट ब्राइन को शुद्धिकरण अनुभाग में स्थानांतरित कर दिया जाता है।
इस उपप्रणाली का डिज़ाइन सीधे तौर पर झिल्ली कोशिका जीवन से संबंधित है, क्योंकि 1 मिलीग्राम/लीटर से ऊपर निलंबित ठोस झिल्ली की गंदगी को तेज कर सकते हैं और समय के साथ कोशिका वोल्टेज को बढ़ा सकते हैं।
नमकीन पानी शुद्धिकरण इकाई
नमकीन शुद्धिकरण प्रणाली कैल्शियम (Ca²⁺), मैग्नीशियम (Mg²⁺) जैसे द्विसंयोजी धनायनों को हटा देती है, और भारी धातुओं का पता लगाती है जो झिल्ली के प्रदर्शन में बाधा डालती हैं। झिल्ली क्लोर {{1} क्षार प्रणालियों में, कैल्शियम और मैग्नीशियम सांद्रता को आम तौर पर 20 पीपीबी (भाग प्रति बिलियन) से कम किया जाना चाहिए।
मानक शुद्धिकरण विधि सोडियम कार्बोनेट (Na₂CO₃) और सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) का उपयोग करके रासायनिक अवक्षेपण है। प्रतिक्रियाएँ अघुलनशील कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड बनाती हैं:
Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓
इन अवक्षेपों को क्लेरिफ़ायर या लैमेला अवसादन टैंकों का उपयोग करके हटा दिया जाता है, जिसके बाद बारीक निस्पंदन सिस्टम, आमतौर पर 5-10 माइक्रोन कार्ट्रिज फिल्टर होते हैं।
इलेक्ट्रोलाइज़र को स्थिर फ़ीड गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए पॉलिशिंग फ़िल्टर डाउनस्ट्रीम स्थापित किए जाते हैं। नमकीन शुद्धिकरण प्रणाली में प्रतिक्रिया दक्षता बनाए रखने के लिए पीएच नियंत्रण लूप और ओआरपी निगरानी भी शामिल है।
इलेक्ट्रोलाइज़र सिस्टम (झिल्ली सेल अनुभाग)
इलेक्ट्रोलाइज़र क्लोर{{0}क्षार प्रक्रिया का मूल है। आधुनिक पौधे आयन एक्सचेंज झिल्ली कोशिकाओं का उपयोग करते हैं, जो आमतौर पर पेरफ्लूरोसल्फोनिक एसिड (पीएफएसए) झिल्ली पर आधारित होती हैं।
प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइज़र सेल को एक एनोड कम्पार्टमेंट और एक कैथोड कम्पार्टमेंट में विभाजित किया जाता है, जो एक धनायन {{0}चयनात्मक झिल्ली द्वारा अलग किया जाता है। नमकीन पानी को एनोड कक्ष में डाला जाता है, जहां क्लोराइड आयन क्लोरीन गैस में ऑक्सीकृत हो जाते हैं:
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
कैथोड पक्ष पर, पानी हाइड्रोजन गैस और हाइड्रॉक्साइड आयनों में कम हो जाता है:
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
सोडियम आयन झिल्ली के माध्यम से पलायन करते हैं और हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ मिलकर सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) बनाते हैं।
औद्योगिक झिल्ली कोशिकाओं के लिए विशिष्ट ऑपरेटिंग मापदंडों में शामिल हैं:
सेल तापमान: 85-95 डिग्री
वर्तमान घनत्व: 3.0–6.0 kA/m²
सेल वोल्टेज: 3.0–3.3 V
NaOH सांद्रता: 30-35 wt% (सेल शराब उत्पादन)
इलेक्ट्रोलाइज़र प्रणाली में सेल फ्रेम, इलेक्ट्रोड (रूथेनियम/इरिडियम कोटिंग के साथ टाइटेनियम एनोड), निकल कैथोड और हाइड्रोलिक सीलिंग सिस्टम शामिल हैं। रिसाव को रोकने और झिल्ली की अखंडता को बनाए रखने के लिए सेल संरेखण और संपीड़न बल को नियंत्रित किया जाता है।
दिष्टकारी प्रणाली
रेक्टिफायर सिस्टम ग्रिड से एसी पावर को इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आवश्यक डीसी पावर में परिवर्तित करता है। क्लोर -क्षार पौधे आमतौर पर बहुत उच्च डीसी धाराओं पर काम करते हैं, अक्सर पौधे की क्षमता के आधार पर 10 केए से 200 केए की सीमा में।
रेक्टिफायर निम्न से बना है:
ट्रांसफार्मर इकाई (चरण-नीचे और पृथक्करण)
थाइरिस्टर या आईजीबीटी रेक्टिफायर मॉड्यूल
डीसी बसबार
शीतलन प्रणाली (हवा या पानी से ठंडा)
स्टैक कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर आउटपुट वोल्टेज आमतौर पर 100 V और 600 V DC के बीच होता है। स्थिर विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया स्थितियों को बनाए रखने के लिए वर्तमान तरंग को 5% से नीचे नियंत्रित किया जाता है।
पावर फैक्टर करेक्शन सिस्टम को अक्सर ग्रिड अनुपालन बनाए रखने के लिए एकीकृत किया जाता है, विशेष रूप से 50,000 टन/वर्ष NaOH क्षमता से अधिक बड़े पैमाने के संयंत्रों में।
वाष्पीकरण प्रणाली
वाष्पीकरण प्रणाली NaOH सांद्रता को लगभग 30-35% (इलेक्ट्रोलाइज़र आउटपुट) से बढ़ाकर वाणिज्यिक ग्रेड जैसे 48% या 50% कास्टिक सोडा समाधान तक बढ़ा देती है।
भाप की खपत को कम करने के लिए आमतौर पर बहु-प्रभाव वाष्पीकरण (एमईई) का उपयोग किया जाता है। एक विशिष्ट विन्यास में घटते दबाव के तहत संचालित होने वाले 2 से 4 वाष्पीकरण प्रभाव शामिल होते हैं।
संयंत्र के डिज़ाइन के आधार पर भाप इनपुट आमतौर पर 3-6 बार संतृप्त भाप पर होता है। थर्मल दक्षता में सुधार के लिए बाद के चरणों में वैक्यूम स्तर -0.08 से -0.09 एमपीए के आसपास बनाए रखा जाता है।
बाष्पीकरणकर्ता सामग्री को ऊंचे तापमान पर मजबूत क्षारीय जंग का विरोध करना चाहिए, इसलिए निकल आधारित मिश्र धातु या विशेष स्टेनलेस स्टील (जैसे 316 एल या डुप्लेक्स ग्रेड) का आमतौर पर उपयोग किया जाता है।
क्लोरीन प्रबंधन प्रणाली
इलेक्ट्रोलाइज़र में उत्पादित क्लोरीन गैस गीली, गर्म होती है और इसमें हाइड्रोजन और नमकीन धुंध के अंश होते हैं। डाउनस्ट्रीम उपयोग या द्रवीकरण से पहले, इसे ठंडा और शुद्ध किया जाना चाहिए।
क्लोरीन प्रबंधन प्रणाली में शामिल हैं:
गैस कूलिंग टावर (तापमान को ~35-40 डिग्री तक कम कर देता है)
धुंध हटाने वाले यंत्र (फँसी हुई बूंदों को हटाएँ)
क्लोरीन सुखाने की प्रणाली (सल्फ्यूरिक एसिड या सोखना ड्रायर का उपयोग करके)
कंप्रेसर (द्रवीकरण या पाइपलाइन स्थानांतरण के लिए)
औद्योगिक उपयोग के लिए सूखी क्लोरीन की शुद्धता आमतौर पर 99.5% से ऊपर नियंत्रित की जाती है। डाउनस्ट्रीम उपकरणों में जंग को रोकने के लिए नमी की मात्रा 30 पीपीएम से कम कर दी जाती है।
क्लोरीन सेवा में सामग्री का चयन संक्षारण प्रतिरोध के आधार पर किया जाता है, जिसमें आमतौर पर टाइटेनियम, पीवीसी लाइन्ड स्टील या एफआरपी पाइपिंग शामिल है।
हाइड्रोजन पुनर्प्राप्ति प्रणाली
कैथोड पर उत्पन्न हाइड्रोजन आमतौर पर जल वाष्प से संतृप्त होता है और इसमें कास्टिक धुंध के निशान होते हैं। पुनर्प्राप्ति प्रणाली पृथक्करण, शीतलन और संपीड़न करती है।
प्रणाली में शामिल हैं:
गैस-तरल विभाजक
डिमिस्टर इकाई
ठंडा करने वाला हीट एक्सचेंजर
हाइड्रोजन कंप्रेसर (डायाफ्राम या स्क्रू प्रकार)
वैकल्पिक शुद्धिकरण इकाई (पीएसए या उत्प्रेरक पॉलिशिंग)
पृथक्करण के बाद हाइड्रोजन की शुद्धता आम तौर पर 99% से अधिक होती है। पाइपलाइनों में संघनन को रोकने के लिए ओस बिंदु नियंत्रण महत्वपूर्ण है।
कई औद्योगिक प्रतिष्ठानों में, हाइड्रोजन या तो है:
बॉयलर या भाप प्रणालियों में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है
या अमोनिया या मेथनॉल उत्पादन जैसी रासायनिक संश्लेषण प्रक्रियाओं के लिए निर्यात किया जाता है
स्वचालन प्रणाली (पीएलसी/डीसीएस)
नियंत्रण प्रणाली सभी प्रक्रिया अनुभागों को एक एकल समन्वित ऑपरेटिंग प्लेटफ़ॉर्म में एकीकृत करती है। अधिकांश आधुनिक क्लोर{1}क्षार संयंत्र उपकरण स्तर पर नियंत्रण के लिए प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) के साथ संयुक्त रूप से वितरित नियंत्रण प्रणाली (डीसीएस) का उपयोग करते हैं।
मुख्य नियंत्रण लूप में शामिल हैं:
नमकीन पानी सांद्रण नियंत्रण (चालकता-आधारित)
इलेक्ट्रोलाइज़र वर्तमान विनियमन
सेल तापमान नियंत्रण (नमकीन परिसंचरण के माध्यम से)
NaOH एकाग्रता की निगरानी (घनत्व माप)
क्लोरीन दबाव नियंत्रण
हाइड्रोजन दबाव और प्रवाह विनियमन
विशिष्ट उपकरण में शामिल हैं:
चालकता सेंसर (0-300 एमएस/सेमी रेंज)
पीएच विश्लेषक (0-14 स्केल)
झिल्लियों में अंतर दबाव सेंसर
प्रवाह मीटर (विद्युत चुम्बकीय या कोरिओलिस प्रकार)
क्लोरीन और हाइड्रोजन शुद्धता के लिए गैस विश्लेषक
डेटा अधिग्रहण आमतौर पर सिस्टम डिज़ाइन के आधार पर 1-5 सेकंड के अंतराल पर रिकॉर्ड किया जाता है। क्लोरीन रिसाव का पता लगाने और हाइड्रोजन के अधिक दबाव की स्थिति के लिए अलार्म इंटरलॉक लागू किए जाते हैं।
कास्टिक सोडा प्लांट को एक सतत लूप सिस्टम के रूप में डिज़ाइन किया गया है जहां कच्चे नमक को तीन उत्पाद धाराओं में परिवर्तित किया जाता है: सोडियम हाइड्रॉक्साइड, क्लोरीन और हाइड्रोजन। संयंत्र की परिचालन स्थिरता फ़ीड ब्राइन शुद्धता, स्थिर डीसी वर्तमान वितरण और इलेक्ट्रोलिसिस और वाष्पीकरण दोनों वर्गों में नियंत्रित थर्मल संतुलन बनाए रखने पर निर्भर करती है।
नमकीन पानी की अशुद्धता के स्तर या रेक्टिफायर अस्थिरता में कोई भी विचलन सीधे झिल्ली वोल्टेज को प्रभावित करता है और सिस्टम दक्षता को कम करता है। इसलिए, अधिकांश इंजीनियरिंग डिज़ाइन अपस्ट्रीम शुद्धि और डाउनस्ट्रीम गैस हैंडलिंग विश्वसनीयता को उतना ही प्राथमिकता देते हैं जितना इलेक्ट्रोलाइज़र को।
निष्कर्ष (इंजीनियरिंग सारांश)
प्रक्रिया इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, कास्टिक सोडा प्लांट रासायनिक तैयारी, इलेक्ट्रोलिसिस, बिजली रूपांतरण, थर्मल एकाग्रता, गैस हैंडलिंग और स्वचालन परतों से बना एक कसकर एकीकृत इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम है।
प्रत्येक सबसिस्टम में मापने योग्य ऑपरेटिंग पैरामीटर होते हैं, और संयंत्र का प्रदर्शन किसी एकल उपकरण इकाई के बजाय इन मापदंडों की स्थिरता से निर्धारित होता है।
समग्र डिज़ाइन दर्शन तीन बाधाओं पर आधारित है:
फ़ीड नमकीन की आयनिक शुद्धता
झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस की विद्युत दक्षता
क्लोरीन और हाइड्रोजन का सुरक्षित पृथक्करण और प्रबंधन
ये बाधाएँ आधुनिक क्लोर{{0}क्षार स्थापना में सभी प्रमुख उपकरणों के विन्यास को परिभाषित करती हैं।
