Pilot plant
पायलट संयंत्र एक पूर्व-वाणिज्यिक उत्पादन प्रणाली है जो मुख्य रूप से नई तकनीक के बारे में सीखने के उद्देश्य से नई उत्पादन तकनीक को नियोजित करती है और/या नई तकनीक-आधारित उत्पादों की छोटी मात्रा का उत्पादन करती है। प्राप्त ज्ञान का उपयोग पूर्ण पैमाने पर उत्पादन प्रणालियों और वाणिज्यिक उत्पादों के डिजाइन के साथ-साथ आगे के शोध उद्देश्यों की पहचान और निवेश निर्णयों के समर्थन के लिए किया जाता है। अन्य (गैर-तकनीकी) उद्देश्यों में नई प्रौद्योगिकियों के लिए सार्वजनिक समर्थन प्राप्त करना और सरकारी नियमों पर सवाल उठाना शामिल है। पायलट संयंत्र इस अर्थ में एक सापेक्ष शब्द है कि पायलट संयंत्र आमतौर पर पूर्ण पैमाने के उत्पादन संयंत्रों की तुलना में छोटे होते हैं, लेकिन विभिन्न आकारों में बनाए जाते हैं। इसके अलावा, क्योंकि प्रायोगिक संयंत्र सीखने के लिए हैं, वे आमतौर पर अधिक लचीले होते हैं, संभवतः अर्थव्यवस्था की कीमत पर। कुछ प्रायोगिक संयंत्र भंडार प्रयोगशाला उपकरणों का उपयोग करके प्रयोगशालाओं में बनाए जाते हैं, जबकि अन्य के लिए पर्याप्त इंजीनियरिंग प्रयासों की आवश्यकता होती है, जिनकी लागत लाखों डॉलर होती है, और इन्हें प्रक्रिया उपकरण, उपकरण और पाइप से कस्टम-असेंबल और निर्मित किया जाता है। इनका उपयोग एक पूर्ण-स्तरीय संयंत्र के लिए कर्मियों को प्रशिक्षित करने के लिए भी किया जा सकता है। प्रायोगिक पादप प्रदर्शन पादपों की तुलना में छोटे होते हैं। शब्दावली पायलट संयंत्र के समान एक शब्द पायलट लाइन है। अनिवार्य रूप से, पायलट संयंत्र और पायलट लाइनें समान कार्य करती हैं, लेकिन 'पायलट संयंत्र' का उपयोग (जैव) रासायनिक और उन्नत सामग्री उत्पादन प्रणालियों के संदर्भ में किया जाता है, जबकि 'पायलट लाइन' का उपयोग सामान्य रूप से नई तकनीक के लिए किया जाता है। 'किलो लैब' शब्द का उपयोग छोटे प्रायोगिक संयंत्रों के लिए भी किया जाता है जो अपेक्षित उत्पादन मात्रा का उल्लेख करते हैं। जोखिम प्रबंधन पायलट संयंत्रों का उपयोग बड़े प्रक्रिया संयंत्रों के निर्माण से जुड़े जोखिम को कम करने के लिए किया जाता है। वे कई तरीकों से ऐसा करते हैंः पायलट स्केल सिस्टम की सीमाओं को निर्धारित करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन और अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों का उपयोग किया जाता है। इन गणितीय मॉडलों का फिर एक भौतिक पायलट-स्केल संयंत्र में परीक्षण किया जाता है। स्केल-अप के लिए विभिन्न मॉडलिंग विधियों का उपयोग किया जाता है। इन विधियों में शामिल हैंः रासायनिक समानता अध्ययन गणितीय प्रतिरूपण रासायनिक प्रक्रिया अनुकरण परिमित मौलिक विश्लेषण (एफ. ई. ए.) कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी (सी. एफ. डी.) ये सैद्धांतिक प्रतिरूपण विधियाँ निम्नलिखित परिणाम देती हैंः अंतिम द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन इष्टतम प्रणाली डिजाइन और क्षमता उपकरण आवश्यकताएँ प्रणाली की सीमाएँ प्रायोगिक मॉड्यूल के निर्माण की लागत निर्धारित करने का आधार वे पूर्ण पैमाने के संयंत्रों की तुलना में निर्माण करने के लिए काफी कम खर्चीले हैं। व्यवसाय किसी ऐसी परियोजना पर उतनी पूंजी जोखिम में नहीं डालता है जो अक्षम या अव्यवहारिक हो सकती है। इसके अलावा, प्रायोगिक पैमाने पर डिजाइन में बदलाव अधिक सस्ते में किए जा सकते हैं और बड़े संयंत्र के निर्माण से पहले इस प्रक्रिया में बदलाव पर काम किया जा सकता है। वे पूर्ण पैमाने के संयंत्र के डिजाइन के लिए मूल्यवान डेटा प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रियाओं, भौतिक गुणों, क्षयशीलता के बारे में वैज्ञानिक डेटा उपलब्ध हो सकता है, लेकिन किसी भी जटिलता की प्रक्रिया के व्यवहार की भविष्यवाणी करना मुश्किल है। अन्य प्रक्रिया से इंजीनियरिंग डेटा उपलब्ध हो सकता है, लेकिन इस डेटा को हमेशा रुचि की प्रक्रिया पर स्पष्ट रूप से लागू नहीं किया जा सकता है। डिजाइनर उत्पादन पैमाने की सुविधा के अपने डिजाइन को परिष्कृत करने के लिए पायलट संयंत्र से डेटा का उपयोग करते हैं। यदि एक प्रणाली अच्छी तरह से परिभाषित है और इंजीनियरिंग मापदंडों को जाना जाता है, तो पायलट संयंत्रों का उपयोग नहीं किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक व्यवसाय जो एक नए संयंत्र का निर्माण करके उत्पादन क्षमता का विस्तार करना चाहता है जो एक मौजूदा संयंत्र के समान काम करता है, वह पायलट संयंत्र का उपयोग नहीं करने का विकल्प चुन सकता है। इसके अतिरिक्त, कंप्यूटर पर प्रक्रिया अनुकरण में प्रगति ने प्रक्रिया डिजाइनरों का विश्वास बढ़ाया है और पायलट संयंत्रों की आवश्यकता को कम किया है। हालाँकि, उनका उपयोग अभी भी किया जाता है क्योंकि अत्याधुनिक अनुकरण भी जटिल प्रणालियों के व्यवहार की सटीक भविष्यवाणी नहीं कर सकता है। पादप गुणों की पैमाने पर निर्भरता जैसे-जैसे एक प्रणाली के आकार में वृद्धि होती है, प्रणाली के गुण जो पदार्थ की मात्रा (व्यापक गुणों के साथ) पर निर्भर करते हैं, बदल सकते हैं। रासायनिक संयंत्र में सतह क्षेत्र और तरल अनुपात इस तरह के गुण का एक अच्छा उदाहरण है। एक छोटे रासायनिक पैमाने पर, एक फ्लास्क में, मान लीजिए, सतह क्षेत्र और तरल का अनुपात अपेक्षाकृत बड़ा होता है। हालांकि, यदि विचाराधीन प्रतिक्रिया को 500-गैलन टैंक में फिट करने के लिए बढ़ाया जाता है, तो सतह क्षेत्र और तरल अनुपात बहुत कम हो जाता है। सतह क्षेत्र और तरल अनुपात में इस अंतर के परिणामस्वरूप, ऊष्मागतिकी की सटीक प्रकृति और प्रक्रिया की प्रतिक्रिया गतिकी एक गैर-रैखिक तरीके से बदल जाती है। यही कारण है कि एक बीकर में एक प्रतिक्रिया बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रिया में एक ही प्रतिक्रिया से बहुत अलग व्यवहार कर सकती है। अन्य कारक जो उत्पादन पैमाने में परिवर्तन के दौरान बदल सकते हैं उनमें शामिल हैंः प्रतिक्रिया गतिकी रासायनिक संतुलन सामग्री गुण द्रव गतिकी ऊष्मागतिकी उपकरण चयन आंदोलन एकरूपता/एकरूपता एक पायलट संयंत्र के संचालन से डेटा एकत्र किए जाने के बाद, एक बड़े उत्पादन-पैमाने की सुविधा का निर्माण किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, एक प्रदर्शन संयंत्र, जो आम तौर पर एक पायलट संयंत्र से बड़ा होता है, लेकिन एक पूर्ण पैमाने के उत्पादन संयंत्र से छोटा होता है, प्रक्रिया की वाणिज्यिक व्यवहार्यता को प्रदर्शित करने के लिए बनाया जा सकता है। व्यवसाय कभी-कभी नए उत्पादों, नए फीडस्टॉक्स या विभिन्न परिचालन स्थितियों के लिए विचारों का परीक्षण करने के लिए पायलट संयंत्र का संचालन करना जारी रखते हैं। वैकल्पिक रूप से, उन्हें मुख्य संयंत्र से उत्पादन बढ़ाने के लिए उत्पादन सुविधाओं के रूप में संचालित किया जा सकता है। बेंच स्केल बनाम पायलट बनाम प्रदर्शन बेंच स्केल, पायलट स्केल और प्रदर्शन स्केल के बीच का अंतर उद्योग और अनुप्रयोग से दृढ़ता से प्रभावित होता है। कुछ उद्योग पायलट संयंत्र और प्रदर्शन संयंत्र का एक दूसरे के स्थान पर उपयोग करते हैं। कुछ प्रायोगिक संयंत्र पोर्टेबल मॉड्यूल के रूप में बनाए जाते हैं जिन्हें आसानी से एक निहित इकाई के रूप में ले जाया जा सकता है। बैच प्रक्रियाओं के लिए, उदाहरण के लिए दवा उद्योग में, बेंच स्केल आमतौर पर 1-20 किलोग्राम या उससे कम के नमूनों पर आयोजित किया जाता है, जबकि पायलट स्केल परीक्षण 20-100 किलोग्राम के नमूनों के साथ किया जाता है। प्रदर्शन पैमाना अनिवार्य रूप से परिचालन स्थिरता साबित करने के लिए विस्तारित समय अवधि में पूर्ण वाणिज्यिक फ़ीड दरों पर उपकरणों का संचालन कर रहा है। निरंतर प्रक्रियाओं के लिए, उदाहरण के लिए पेट्रोलियम उद्योग में, बेंच स्केल सिस्टम आमतौर पर 1000 एमएल से कम उत्प्रेरक के साथ माइक्रोरिएक्टर या सीएसटीआर सिस्टम होते हैं, जो एक बार के आधार पर प्रतिक्रियाओं और/या पृथक्करण का अध्ययन करते हैं। पायलट संयंत्रों में आम तौर पर 1 और 100 लीटर के बीच उत्प्रेरक मात्रा वाले रिएक्टर होंगे, और अक्सर द्रव्यमान संतुलन को बंद करने के लक्ष्य के साथ उत्पाद पृथक्करण और गैस/तरल पुनर्चक्रण को शामिल करेंगे। प्रदर्शन संयंत्र, जिन्हें अर्ध-कार्य संयंत्र भी कहा जाता है, 100-1000 लीटर की सीमा में विशिष्ट उत्प्रेरक मात्रा के साथ पूर्व-वाणिज्यिक पैमाने पर प्रक्रिया की व्यवहार्यता का अध्ययन करेंगे। एक निरंतर प्रक्रिया के लिए एक प्रदर्शन पैमाने के संयंत्र का डिजाइन निकटता से प्रत्याशित भविष्य के वाणिज्यिक संयंत्र के समान होगा, हालांकि बहुत कम थ्रूपुट पर, और इसका लक्ष्य बाजार परीक्षण के लिए महत्वपूर्ण मात्रा में उत्पाद का उत्पादन करते हुए एक विस्तारित अवधि में उत्प्रेरक प्रदर्शन और परिचालन जीवनकाल का अध्ययन करना है। नई प्रक्रियाओं के विकास में, पायलट और प्रदर्शन संयंत्र का डिजाइन और संचालन अक्सर भविष्य के वाणिज्यिक संयंत्र के डिजाइन के समानांतर चलेगा, और पायलट परीक्षण कार्यक्रमों के परिणाम वाणिज्यिक संयंत्र प्रवाह पत्रक को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह उन मामलों में आम है जहां प्रक्रिया प्रौद्योगिकी को सफलतापूर्वक लागू किया गया है कि पायलट परीक्षण के परिणामस्वरूप वाणिज्यिक पैमाने पर बचत पायलट संयंत्र की लागत से काफी अधिक होगी। कस्टम पायलट संयंत्र बनाने के लिए कदम आमतौर पर अनुसंधान या वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। वे आकार में बिना किसी स्वचालन और कम प्रवाह वाली एक छोटी प्रणाली से लेकर एक दिन में अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में उत्पादों का उत्पादन करने वाली एक अत्यधिक स्वचालित प्रणाली तक हो सकते हैं। आकार चाहे जो भी हो, एक काम करने वाले पायलट संयंत्र को डिजाइन करने और बनाने के लिए कदम समान हैं। वे हैंः प्री-इंजीनियरिंग-एक प्रक्रिया प्रवाह आरेख (पी. एफ. डी.) को पूरा करना, बुनियादी पाइपिंग और इंस्ट्रूमेंटेशन आरेख (पी. एंड. आई. डी.) और प्रारंभिक उपकरण लेआउट। इंजीनियरिंग मॉडलिंग और अनुकूलन-2डी और 3डी मॉडल बनाए जाते हैं, प्रक्रिया मापदंडों को मॉडल करने और रासायनिक प्रक्रियाओं को मापने के लिए एक अनुकरण सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए। ये मॉडलिंग सॉफ्टवेयर प्रणाली की सीमाओं, गैर-रैखिक रासायनिक और भौतिक परिवर्तनों और संभावित उपकरण के आकार को निर्धारित करने में मदद करते हैं। द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन, अंतिम पी एंड आई. डी. और सामान्य व्यवस्था चित्र तैयार किए जाते हैं। प्रणाली के लिए स्वचालन रणनीतियाँ विकसित की जाती हैं (यदि आवश्यक हो)। नियंत्रण प्रणाली प्रोग्रामिंग शुरू होती है और निर्माण और असेंबली निर्माण और असेंबली के माध्यम से जारी रहेगी-एक अनुकूलित डिजाइन निर्धारित होने के बाद, कस्टम पायलट को गढ़ा और असेंबल किया जाता है। पायलट संयंत्रों को या तो ऑन-साइट या ऑफ-साइट मॉड्यूलर स्किड्स के रूप में इकट्ठा किया जा सकता है जिन्हें नियंत्रित वातावरण में बनाया और परीक्षण किया जाएगा। परीक्षण-प्रणाली नियंत्रण सहित पूर्ण प्रणालियों का परीक्षण, प्रणाली के उचित कार्य को सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है। स्थापना और स्टार्टअप-यदि ऑफसाइट का निर्माण किया जाता है, तो पायलट स्किड को ऑनसाइट स्थापित किया जाता है। सभी उपकरणों के होने के बाद, मौजूदा संयंत्र उपयोगिताओं और नियंत्रणों के साथ प्रणाली को एकीकृत करके पूर्ण प्रणाली स्टार्टअप पूरा किया जाता है। पूर्ण ऑपरेशन का परीक्षण और पुष्टि की जाती है। प्रशिक्षण-प्रचालक प्रशिक्षण पूरा हो गया है और पूर्ण प्रणाली प्रलेखन सौंपा गया है। केमिकल इंजीनियरिंग ऑपरेशंस रिसर्च प्रोसेस इंजीनियरिंग संदर्भ ग्रंथ सूची एम. लेविन (संपादक), फार्मास्युटिकल प्रोसेस स्केल-अप (ड्रग्स एंड द फार्मास्युटिकल), इन्फॉर्मा हेल्थकेयर, तीसरा संस्करण, (2011) एम. लैक्नर (संपादक), स्केल-अप इन कंबशन, प्रोसेसएंग इंजीनियरिंग जीएमबीएच, वीन, (2009) भी देखें। एम. ज़्लोकर्णिक, स्केल-अप इन केमिकल इंजीनियरिंग, विली-वी. सी. एच. वेरलैग जी. एम. बी. एच. एंड कंपनी. के. जी. ए. ए., दूसरा संस्करण, (2006)। रिचर्ड पल्लुज़ी, पायलट प्लांट्सः डिजाइन, कंस्ट्रक्शन एंड ऑपरेशन, मैकग्रा-हिल, फरवरी, 1992। रिचर्ड पल्लुज़ी, पायलट प्लांट्स, केमिकल इंजीनियरिंग, मार्च, 1990। औद्योगिक अभियांत्रिकी औद्योगिक प्रक्रियाएँ