সিলিকন তেলের জন্য পরিশোধন প্রক্রিয়া সমাধান

১. সিলিকন তেলের পরিচয়

সিলিকন তেল বলতে Si-O-Si কে প্রধান শৃঙ্খল হিসেবে বিবেচিত করে তৈরি তরল পলিঅরগানোসিলক্সেনকে বোঝায়। ডাইমিথাইল সিলিকন তেল এর সবচেয়ে সাধারণ ধরন। এটি বর্ণহীন ও স্বচ্ছ, শারীরিকভাবে নিষ্ক্রিয়, উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রার প্রতি প্রতিরোধী, বৈদ্যুতিক অপরিবাহী এবং জলবিমুখী, এবং এর স্থিতিশীল সান্দ্রতা রয়েছে। এটি শিল্পে তাপ স্থানান্তর মাধ্যম, প্লাস্টিক মুক্তি এজেন্ট, দৈনিক রাসায়নিক পণ্যের জন্য সমতলকারী সাবস্ট্রেট এবং ইলেকট্রনিক অপরিবাহী আর্দ্রীকরণ তরল হিসেবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যা বহু শিল্পের উৎপাদন চাহিদা পূরণ করে।

২. সিলিকন তেল শুদ্ধিকরণের চারটি প্রধান সমস্যা এবং আণবিক আস্তিলনের সমাধান যুক্তি

সমস্যা ১: সিলিকন তেলে নিম্ন-আণবিক চক্রীয় সিলক্সেন অশুদ্ধি (D4/D5/D6 ইত্যাদি) বৃহৎ পরিমাণে বিদ্যমান থাকে, যা সাধারণ আস্তিলন পদ্ধতিতে সম্পূর্ণরূপে অপসারণ করা সম্ভব হয় না এবং পণ্যের গুণগত মানকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে

সিলিকন তেলের পলিমারাইজেশন একটি বিপরীতযোগ্য সাম্য বিক্রিয়া। চূড়ান্ত পণ্যগুলি প্রাকৃতিকভাবে ১২% থেকে ১৪% নিম্ন-আণবিক চক্রিক সিলোক্সেন (D3 থেকে D20), অপ্রতিক্রিয়াজাত মনোমার, দ্রাবক এবং সংক্ষিপ্ত-শৃঙ্খল নিম্ন-আণবিক সিলোক্সেন ধারণ করে।

নিম্ন-মানের সিলিকন তেল: ঐতিহ্যবাহী শূন্যস্থান পুনঃআস্বাদন পদ্ধতি কেবলমাত্র আংশিক হালকা ছোট অণুগুলি অপসারণ করতে পারে, যার ফলে ১% থেকে ৩% পর্যন্ত অবশিষ্ট বাষ্পীভূত পদার্থ থেকে যায়।

উচ্চ-মানের পরিস্থিতি (ইলেকট্রনিক্স, চিকিৎসা, অপটিক্স) নিম্ন-আণবিক অবশিষ্টাংশের জন্য ≤১০০ পিপিএম কঠোর প্রয়োজনীয়তা আরোপ করে। অবশিষ্ট ছোট অণুগুলি ক্রমাগত বাষ্পীভূত হয়, যার ফলে ইলেকট্রনিক যোগাযোগের বিদ্যুৎ বিচ্ছেদ ব্যর্থ হয়, লেন্সে কুয়াশা দেখা দেয় এবং চিকিৎসা সংক্রান্ত প্রতিস্থাপনের মাধ্যমে মানবদেহে উত্তেজনা সৃষ্টি হয়।

চিত্রিত পরিশোধনের সীমাবদ্ধতা: পৃথকীকরণ শুধুমাত্র স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্যের উপর নির্ভরশীল। উচ্চ-আণবিক চক্রাকার সিলিকন অক্সাইডগুলির স্ফুটনাঙ্ক ৪০০°সে-এর বেশি, অথচ চিত্রিত ঋণাত্মক চাপ টাওয়ারগুলির সর্বোচ্চ তাপমাত্রা ২৫০°সে, যার ফলে বাষ্পীভূত হওয়া এবং পৃথকীকরণ অসম্ভব হয়ে যায়, ফলস্বরূপ বৃহৎ পরিমাণ অশুদ্ধি অবশিষ্ট থাকে।

লক্ষ্য সমাধানের যুক্তি

আণবিক আস্তীন পৃথকীকরণ শুধুমাত্র স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্যের উপর নির্ভর করে না, বরং আণবিক গড় মুক্ত পথের পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে পৃথকীকরণ সম্পন্ন করে:

যন্ত্রটি উচ্চ শূন্যতা (০.০০১~১ পাস্কাল) বজায় রাখে যাতে উপাদানের অণুগুলির গড় মুক্ত পথ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।

হালকা উপাদানের ছোট অণুগুলি পলায়ন করে এবং সরাসরি অন্তর্নির্মিত শীতলকে আঘাত করে পুনরুদ্ধার করা হয়; বৃহদাকার সিলিকন তেলের গড় মুক্ত পথ সংক্ষিপ্ত হওয়ায় এটি শীতলীকরণ পৃষ্ঠে পৌঁছাতে পারে না এবং তাপ প্রয়োগকারী দেয়াল বরাবর চলে যায় যেখানে এটি চূড়ান্ত পণ্য হিসেবে নির্গত হয়।

বহু-পর্যায়ের আণবিক আস্তীকরণ কম আণবিক অশুদ্ধির পরিমাণ ১০০ পিপিএম-এর নীচে নামিয়ে আনতে পারে, যা বাষ্পীভূত পদার্থের পরিমাণ ১.৫% থেকে ০.৩% -এর কম করে দেয় এবং ইলেকট্রনিক ও চিকিৎসা-মানের পণ্যগুলির জন্য কঠোর বিশুদ্ধতা মান পূরণ করে।

সমস্যা বিন্দু ২: সিলিকন তেল একটি তাপ-সংবেদনশীল পলিমার; উচ্চ তাপমাত্রায় দীর্ঘ সময় তাপ প্রয়োগ করলে এটি ভাঙন, জারণ, ক্রস-লিঙ্কিং এবং রঙ পরিবর্তনের শিকার হয়, এবং সিলিকন তেলের Si-O প্রধান শৃঙ্খল উচ্চ তাপমাত্রায় ভাঙার ঝুঁকিতে থাকে।

যখন তাপমাত্রা ২৬০°সে-এর ঊর্ধ্বে যায় এবং দীর্ঘ সময় ধরে রাখা হয়, তখন আণবিক শৃঙ্খলগুলি ভেঙে গিয়ে আরও ছোট অণু তৈরি করে, ফলে পণ্যের স্নিগ্ধতা ও স্থায়িত্বের স্থায়ী অবনতি ঘটে।

অবশিষ্ট সূক্ষ্ম অম্ল-ক্ষার অনুঘটকগুলি উচ্চ তাপমাত্রার সংমিশ্রণে সিলিকন তেলের বিপরীত পলিমারাইজেশন ও অবিরাম বিয়োজন শুরু করে।

উচ্চ তাপমাত্রায় বাতাসের সংস্পর্শে এসে জারণ ঘটে, যার ফলে পণ্যগুলি হলুদ হয়ে যায় এবং স্বচ্ছতা হ্রাস পায়, ফলে উচ্চ-মানের পণ্যগুলির মূল্য হারিয়ে যায়।

চিরাচরিত শূন্যস্থান পরিশোধন পদ্ধতিতে রিঅ্যাক্টরের ভিতরে স্থির জমা হওয়া উপকরণগুলি কয়েক ডজন মিনিট ধরে তাপ প্রয়োগ করে রাখা হয়। উচ্চ-স্ফুটনাঙ্ক অশুদ্ধি বাষ্পীভূত করতে তাপমাত্রা ২৪০–২৮০°সে পর্যন্ত বৃদ্ধি করতে হয়, যার ফলে উপকরণগুলির ব্যাপক তাপীয় জারণ ও বিভাজন ঘটে এবং চূড়ান্ত পণ্যের গুণগত মান ক্ষুণ্ণ হয়।

লক্ষ্য সমাধানের যুক্তি

নিম্ন-তাপমাত্রায় পৃথকীকরণ: চিরাচরিত আস্তিল পদ্ধতির তুলনায় উচ্চ শূন্যস্থান প্রয়োগ করলে পৃথকীকরণের প্রয়োজনীয় তাপমাত্রা ৮০–১৫০°সে কমে যায়, যা সিলিকন তেলের তাপীয় বিভাজনের সঞ্চিত সংকট তাপমাত্রার অনেক নিচে।

অত্যন্ত সংক্ষিপ্ত তাপ প্রয়োগ সময়: স্ক্র্যাপার যন্ত্রটি বল প্রয়োগের মাধ্যমে ০.০১–০.১ মিমি পুরুত্বের অতি-সূক্ষ্ম তরল ফিল্ম গঠন করে, এবং উপকরণগুলি তাপ প্রয়োগ অঞ্চলে কয়েক সেকেন্ড থেকে দশ সেকেন্ডের বেশি সময় ধরে থাকে, যার ফলে তাপীয় ক্ষয়ের ঝুঁকি প্রায় অদৃশ্য হয়ে যায়।

সম্পূর্ণ বন্ধ উচ্চ শূন্যস্থান ও অক্সিজেন-মুক্ত পরিবেশ, যা বায়ুর জারণ প্রভাব থেকে পৃথক করে রাখে এবং চূড়ান্ত পণ্যের স্বচ্ছতা ও তাপীয় স্থিতিশীলতা সম্পূর্ণরূপে রক্ষা করে।

ব্যথার বিন্দু ৩: সিলিকন তেলের উচ্চ সান্দ্রতা রয়েছে; সাধারণ সরঞ্জামগুলি অত্যন্ত কম তাপ স্থানান্তর দক্ষতা প্রদান করে, যা স্থানীয় অতিরিক্ত তাপ এবং ফেন আবদ্ধকরণের ঝুঁকি বাড়ায়

মাঝারি ও উচ্চ সান্দ্রতার সিলিকন তেলের প্রবাহিতা খারাপ; এবং সাধারণ ভ্যাকুয়াম রিয়াক্টর ও প্যাকড টাওয়ারগুলির মারাত্মক ত্রুটি রয়েছে:

ঘন উপাদানগুলি তাপ স্থানান্তরের ক্ষেত্রে খারাপ করে, রিয়াক্টরের তলদেশে স্থানীয় অতিরিক্ত তাপ ও কোকিং ঘটে, এবং দেয়ালে জমা হওয়া কোকড পদার্থগুলি পণ্যকে দূষিত করে।

তাপ প্রয়োগ ও সিদ্ধ করার সময় বৃহৎ পরিমাণে ফেন তৈরি হয় এবং ফেনের মধ্যে ম্যাক্রোমলিকুলার সিলিকন তেল আবদ্ধ হয়ে গাছে, ফলে চূড়ান্ত পণ্যের উৎপাদন হ্রাস পায়।

স্থির তরল অবস্থায় ছোট অণুগুলির তরল পৃষ্ঠের দিকে বিসরণের হার ধীরগতির হওয়ায় পৃথকীকরণ দক্ষতা কম হয়, যার ফলে ৩ থেকে ৫ বার পুনরাবৃত্তি রেকটিফিকেশনের প্রয়োজন হয় এবং শক্তি খরচ ও শ্রম খরচ দ্বিগুণ হয়ে যায়।

লক্ষ্য সমাধানের যুক্তি

স্ক্র্যাপার দ্বারা বাধ্যতামূলক ফিল্ম গঠন: রোটরটি উচ্চ গতিতে উপকরণগুলিকে স্ক্র্যাপ করে এবং বাষ্পীভাবকের অভ্যন্তরীণ দেয়ালে একটি সমান অতি-সূক্ষ্ম তরল ফিল্ম গঠন করে, যা স্থানীয় উচ্চ তাপমাত্রার হট স্পট ছাড়াই তাপ ও ভর স্থানান্তরের দক্ষতা কয়েক দশক গুণ বৃদ্ধি করে।

সীমাহীন বাষ্পীভবন দ্বারা পৃথকীকরণ: আণবিক আস্তিলন প্রক্রিয়ায় প্রচণ্ড সীমাহীন বাষ্পীভবন ও ফেনা উৎপাদন ছাড়াই মুক্ত পৃষ্ঠের বাষ্পীভবনের উপর নির্ভর করা হয়, যার ফলে ফেনা দ্বারা ম্যাক্রোমলিকুলার সিলিকন তেলের সহ-বহন রোধ করা হয় এবং চূড়ান্ত পণ্যের উৎপাদন হার ৯৫% এর উপরে স্থিতিশীল হয়।

অতি-সূক্ষ্ম তরল ফিল্মটি ছোট অণুগুলির বিসরণ ও পলায়নকে ত্বরান্বিত করে; একবারের পৃথকীকরণ প্রক্রিয়ায় ঐতিহ্যগত সরঞ্জামের ৩ থেকে ৫ বার পুনর্গঠনের সমতুল্য শুদ্ধিকরণ প্রভাব অর্জন করা যায়, যা প্রক্রিয়া প্রবাহকে উল্লেখযোগ্যভাবে সংক্ষিপ্ত করে।

সমস্যা বিন্দু ৪: ঐতিহ্যগত শুদ্ধিকরণ প্রক্রিয়াগুলিতে উৎপাদন হার কম, পার্শ্ব-পণ্যগুলির পুনরুদ্ধার করা কঠিন, পরিবেশ সংরক্ষণের উপর চাপ বেশি এবং খরচ অধিক হয়।

প্রচলিত পুনঃপরিষ্কার প্রক্রিয়ায় বারবার উচ্চ তাপমাত্রায় ফাটল ধরা সিলিকন তেলের বিঘটনের ফলে বৃহৎ পরিমাণ ক্ষতি হয়, যার ফলে প্রধান পণ্যের উৎপাদন হার মাত্র ৭০% থেকে ৮০% হয়।

সাইক্লিক সিলোক্সেনগুলি (যেমন D4/D5) অপসারণ করা হলে এগুলি উচ্চ-মূল্যবান কাঁচামাল হয়ে ওঠে, কিন্তু প্রচলিত টাওয়ারগুলি খুবই নিম্নমানের পৃথকীকরণ পরিষ্কারতা প্রদান করে, যার ফলে পুনর্ব্যবহার সম্ভব হয় না। এগুলিকে শুধুমাত্র বিপজ্জনক বর্জ্য হিসেবে পরিচালনা করা হয়, যা কাঁচামালের অপচয় এবং উচ্চ কঠিন বর্জ্য পরিচালনা খরচের কারণ হয়।

কিছু প্রক্রিয়ায় অশুদ্ধি অপসারণের জন্য জল দিয়ে ধোয়া এবং দ্রাবক দিয়ে নিষ্কাশনের প্রয়োজন হয়, যা লবণাক্ত জৈব বর্জ্যজলের বৃহৎ পরিমাণ উৎপাদন করে এবং পরিবেশগত চিকিত্সা খরচ বৃদ্ধি করে।

লক্ষ্য সমাধানের যুক্তি

নিম্ন তাপমাত্রা এবং সংক্ষিপ্ত তাপীয় সময় তাপীয় ক্ষতি ন্যূনতম রাখে, যার ফলে সিলিকন তেলের প্রধান পণ্যের উৎপাদন হার ≥৯২% হয়।

হালকা উপাদানের ছোট অণুগুলিকে আলাদাভাবে ঘনীভূত করে সংগ্রহ করা হয়। উচ্চ বিশুদ্ধতার D4/D5 কে সরাসরি পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়ায় ফিরিয়ে দেওয়া যায় যাতে পুনর্ব্যবহার সম্ভব হয়, যা কাঁচামালের ব্যবহার হার বৃদ্ধি করে।

দ্রাবক যোগ ছাড়াই শুধুমাত্র ভৌতিক পৃথকীকরণ, সমগ্র প্রক্রিয়ায় কোনও বর্জ্যজল উৎপন্ন হয় না, যা পরবর্তী চিকিৎসা ও পরিবেশ সংরক্ষণ প্রক্রিয়াগুলিকে সরল করে।

অবিরত ও স্বয়ংক্রিয় উৎপাদন সম্ভব। ব্যাচ ভ্যাকুয়াম রিয়াক্টরের তুলনায় প্রতি একক পণ্যের জন্য শক্তি খরচ ও শ্রম ব্যয় উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যায়।