Process miniaturization
रासायनिक प्रक्रिया लघुकरण प्रक्रिया डिजाइन के अनुशासन के भीतर एक दार्शनिक अवधारणा को संदर्भित करता है जो "पैमाने की अर्थव्यवस्था" या "बड़ा बेहतर है" की धारणा को चुनौती देता है। इस संदर्भ में, प्रक्रिया डिजाइन मुख्य रूप से रासायनिक इंजीनियरों को पढ़ाए जाने वाले अनुशासन को संदर्भित करता है। हालांकि, प्रक्रिया लघुकरण के उभरते अनुशासन में कई क्षेत्रों से एकीकृत ज्ञान शामिल होगा; उदाहरण के लिए, सिस्टम इंजीनियरिंग और डिजाइन, बुद्धिमान संवेदक का उपयोग करके दूरस्थ माप और नियंत्रण, जैविक प्रक्रिया प्रणाली इंजीनियरिंग और उन्नत विनिर्माण रोबोटिक्स, आदि। रासायनिक इंजीनियरिंग की चुनौतियों में से एक रासायनिक प्रयोगशाला-पैमाने के तरीकों के आधार पर प्रक्रियाओं को डिजाइन करना और प्रक्रियाओं को बढ़ाना रहा है ताकि ऐसे उत्पादों का निर्माण किया जा सके जो आर्थिक रूप से किफायती हों। जैसे-जैसे एक प्रक्रिया बड़ी होती जाती है, प्रति इकाई समय में अधिक उत्पाद का उत्पादन किया जा सकता है, इसलिए जब एक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी स्थापित या परिपक्व हो जाती है, और बिना किसी गड़बड़ी या "डाउनटाइम" के लगातार काम करती है, तो पैमाने से अधिक आर्थिक दक्षता प्राप्त की जा सकती है। फीडस्टॉक के लिए एक निश्चित मूल्य दिया गया है (जैसे। कच्चे तेल की प्रति बैरल कीमत), उत्पाद लागत को बड़े पैमाने की प्रक्रिया का उपयोग करके कम किया जा सकता है क्योंकि पूंजी निवेश और परिचालन लागत आम तौर पर पैमाने के साथ रैखिक रूप से नहीं बढ़ती है। उदाहरण के लिए, एक उत्पाद का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बेलनाकार पात्र की क्षमता या आयतन सिलेंडर की त्रिज्या के वर्ग के आनुपातिक रूप से बढ़ जाती है, इसलिए प्रति इकाई आयतन सामग्री की लागत कम हो जाती है। लेकिन पोत के डिजाइन और निर्माण की लागत पारंपरिक रूप से पैमाने के प्रति कम संवेदनशील रही है। दूसरे शब्दों में, कोई भी एक छोटे पोत को डिजाइन कर सकता है और इसे बड़े पोत के समान लागत पर बना सकता है। इसके अलावा, एक प्रक्रिया (या एक प्रक्रिया इकाई घटक) को नियंत्रित करने और संचालित करने की लागत पैमाने के साथ काफी हद तक नहीं बदलती है। उदाहरण के लिए, यदि यह एक छोटी प्रक्रिया को संचालित करने के लिए एक ऑपरेटर लेता है, तो वही ऑपरेटर शायद बड़ी प्रक्रिया को संचालित कर सकता है। स्केल अवधारणा की अर्थव्यवस्था, जैसा कि रासायनिक इंजीनियरों को सिखाया जाता है, ने इस धारणा को जन्म दिया है कि प्रक्रिया विकास और डिजाइन के उद्देश्यों में से एक सबसे बड़े संभव आकार के प्रसंस्करण संयंत्र तक बढ़ते हुए "पैमाने की अर्थव्यवस्था" को प्राप्त करना है ताकि उत्पाद की लागत आर्थिक रूप से सस्ती हो सके। इस अनुशासनात्मक दर्शन को पेट्रोलियम शोधन और पेट्रोकेमिकल उद्योगों में उदाहरण डिजाइनों द्वारा मजबूत किया गया है, जहां फीडस्टॉक को पाइपलाइनों, बड़े टैंकर जहाजों और रेलकारों में तरल पदार्थ के रूप में ले जाया गया है। परिभाषा के अनुसार तरल पदार्थ वे पदार्थ हैं जो प्रवाहित होते हैं और जिन्हें पंप या गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करके स्थानांतरित किया जा सकता है। इसलिए, प्रक्रिया उद्योगों में बड़ी मात्रा में तरल पदार्थ स्थानांतरित करने के लिए बड़े पंप, वाल्व और पाइपलाइन मौजूद हैं। प्रक्रिया लघुकरण, इसके विपरीत, अक्षय बायोमास संसाधनों से बड़ी मात्रा में ठोस पदार्थों का प्रसंस्करण शामिल होगा; इसलिए, ठोस प्रसंस्करण के लिए अनुकूलित प्रक्रिया डिजाइनों की दिशा में नई सोच की आवश्यकता होगी। न्यू जर्सी प्रौद्योगिकी संस्थान में प्रोफेसर रहते हुए एस. एस. सोफर ने सूक्ष्म प्रक्रिया की अवधारणा को परिभाषित किया है। एक माइक्रोप्रोसेस में निम्नलिखित विशेषताएं होती हैंः 1) पोर्टेबिलिटी 2) उन्नत रोबोटिक निर्माण विधियों का उपयोग करके बड़े पैमाने पर उत्पादन करने में सक्षम 3) कुल स्वचालन तक पहुंचना 4) एक नई तकनीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का लघुकरण माइक्रोप्रोसेस डिजाइन दर्शन की कल्पना काफी हद तक सूचना प्रौद्योगिकी उद्योग में घटक लघुकरण की भूमिका के ऐतिहासिक विश्लेषण द्वारा की गई है। यह कंप्यूटर हार्डवेयर के लघुकरण का विकास है जिसने रासायनिक इंजीनियरिंग डिजाइन के संदर्भ में प्रक्रिया लघुकरण के बारे में सोचने में सक्षम बनाया है। पारंपरिक डिजाइन उद्देश्य के बजाय एक केंद्रीकृत बड़े प्रसंस्करण संयंत्र में प्रसंस्करण के "स्केल-अप" के रूप में (जैसे। मुख्य ढांचा), कोई भी "स्केल-आउट" दर्शन का उपयोग करके आर्थिक उद्देश्यों को प्राप्त करने की कल्पना कर सकता है (जैसे। कई माइक्रोकंप्यूटर)। रासायनिक प्रक्रिया संयंत्र स्वचालन में विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों ने हमेशा महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। हालांकि, शुरू में, सरल थर्मामीटर जैसे कि पारा युक्त, और दबाव मापक जो पूरी तरह से यांत्रिक प्रकृति के थे, का उपयोग प्रक्रिया स्थितियों (जैसे कि रासायनिक रिएक्टर में तापमान, दबाव और स्तर) की निगरानी के लिए किया जाता था। प्रक्रिया की स्थितियों को काफी हद तक मानव प्रचालक के प्रक्रिया व्यवहार के शोध ज्ञान के आधार पर समायोजित किया गया था। यहां तक कि इलेक्ट्रॉनिक स्वचालन स्थापित होने के बावजूद, कई प्रक्रियाओं को अभी भी पर्याप्त प्रचालक संपर्क की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से प्रक्रिया के प्रारंभ चरण के दौरान, या एक नई तकनीक की तैनाती के दौरान। भविष्य के प्रक्रिया नियंत्रण में बुद्धिमान संवेदक और बड़े पैमाने पर उत्पादित बुद्धिमान लघु उपकरणों जैसे प्रोग्राम करने योग्य तर्क नियंत्रकों का व्यापक उपयोग शामिल होगा जो एक्चुएटर को संसाधित करने के लिए वायरलेस रूप से संवाद करते हैं। चूँकि इन उपकरणों को निर्माण लागत को कम करने के लिए छोटा किया जाएगा, यह उपकरणों को संरचनाओं में एम्बेड करने में सक्षम बनाता है ताकि वे आकस्मिक पर्यवेक्षक के लिए अदृश्य हो जाएं। ऐसे सेंसरों की लागत संभवतः उस बिंदु तक कम हो जाएगी जहां वे या तो "कार्य करते हैं या कार्य नहीं करते हैं"। जब उस लागत सीमा तक पहुँच जाता है, तो मरम्मत प्रक्रिया संवेदक को अक्षम करने और एक अनावश्यक कार्यशील संवेदक को सक्रिय करने के लिए होगी। दूसरे शब्दों में, पूरी जटिल नियंत्रण प्रणाली इतनी कम लागत वाली हो जाएगी कि मरम्मत आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं होगी। वैज्ञानिक मूल सिद्धांतों पर आधारित प्रक्रिया अनुकरण मॉडल का उपयोग करके प्रक्रिया की बुद्धिमत्ता विकसित की जाएगी। शोधात्मक नियमों को सूक्ष्म-नियंत्रकों में क्रमादेशित किया जाएगा, जो प्रक्रिया व्यवहार के मानव शोधात्मक ज्ञान द्वारा निरंतर निगरानी की आवश्यकता को काफी हद तक समाप्त कर देगा। प्रक्रिया जो माइक्रोप्रोसेस इंजीनियरों द्वारा विकसित उन्नत एल्गोरिदम के माध्यम से स्वचालित रूप से स्व-अनुकूलित हो सकती है, एम्बेडेड होगी, और केवल ज्ञान-मालिक के लिए सुलभ होगी। यह स्वायत्त माइक्रोप्रोसेस के बड़े नेटवर्क के निर्माण को सक्षम बनाएगा। ज्ञान-आधारित व्यवसायों के लिए प्रक्रिया लघुकरण प्रक्रिया लघुकरण के लिए उन्नत प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली ज्ञान-आधारित व्यवसाय में प्रक्रिया बुद्धिमत्ता की सुरक्षा और स्वामित्व को नियंत्रित करने की आवश्यकता को बढ़ाएगी। पेटेंट की पारंपरिक विधि के माध्यम से बौद्धिक संपदा को नियंत्रित करना अधिक कठिन हो जाएगा; इसलिए, ट्रेडमार्क, ब्रांड मान्यता और कॉपीराइट कानून भविष्य के ज्ञान-आधारित व्यवसायों के लिए मूल्य सुरक्षा में अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे। तकनीकी-आर्थिक विश्लेषण, जैसा कि पारंपरिक रासायनिक प्रक्रिया डिजाइन में पढ़ाया जाता है, ऐतिहासिक प्रवृत्ति अर्थशास्त्र और नकदी प्रवाह विश्लेषण के उपयोग के रूढ़िवादी दृष्टिकोण से भी नाटकीय रूप से बदल जाएगा। किसी दिए गए उद्यम की आर्थिक व्यवहार्यता वास्तविक समय की आर्थिक जानकारी के अधिग्रहण से अधिक जुड़ी होगी, जो माइक्रोप्रोसेस विकास प्रणालियों के एक उभरते अनुशासन द्वारा बनाई गई अनुभवजन्य टिप्पणियों के आधार पर तेजी से बदल सकती है; इसलिए, मॉडल "क्या हो सकता है? बल्कि "अतीत ने क्या दिखाया है?" भविष्य के समाजों के लिए प्रक्रिया लघुकरण नवीकरणीय सामग्री पर आधारित एक बड़े केंद्रीय संयंत्र के बजाय, जिसे बड़ी मात्रा में फीडस्टॉक देना पड़ता है, जैसे कि एक रिफाइनरी जो समुद्र के बगल में स्थित होने पर पेट्रोलियम के टैंकर शिपमेंट को उतार सकती है, प्रक्रिया लघुकरण का अनुशासन उन क्षेत्रों में प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के वितरण की कल्पना करता है जहां फीडस्टॉक बड़ी मात्रा में आसानी से एक बड़े केंद्रीकृत प्रसंस्करण संयंत्र में परिवहन योग्य नहीं है। लघु प्रक्रिया प्रौद्योगिकी में कई वितरित सूक्ष्म प्रक्रियाओं से ठोस बायोमास सामग्री को अधिक आसानी से प्रबंधनीय तरल पदार्थों में बदलना शामिल हो सकता है। फिर पारंपरिक द्रव परिवहन प्रौद्योगिकी का उपयोग करके तरल पदार्थों को बड़े पैमाने पर बुद्धिमान प्रसंस्करण नोड्स में ले जाया या वितरित किया जा सकता है। ऐतिहासिक रूप से, छोटी प्रक्रियाएँ या सूक्ष्म प्रक्रियाएँ हमेशा मौजूद रही हैं। उदाहरण के लिए, छोटे दाख की बारियों और शराब बनाने के कारखानों ने फीडस्टॉक का उत्पादन किया है, इसे संसाधित किया है, और पेट्रोकेमिकल उद्योग मॉडल या उदाहरण के लिए, बीयर के बड़े पैमाने पर उत्पादन के आधार पर डिज़ाइन की गई प्रक्रियाओं की तुलना में उत्पाद को "माइक्रोप्रोसेस" माना जा सकता है। भारत और दुनिया के अन्य स्थानों के छोटे गाँवों ने जानवरों की खाद से बायोगैस का उत्पादन करना सीख लिया है, जिसे ऊर्जा के उत्पादन के लिए छोटे पैमाने पर सूक्ष्म प्रक्रिया माना जा सकता है। हालांकि, एक डिजाइन दर्शन के रूप में माइक्रोप्रोसेस और प्रक्रिया लघुकरण में कुल स्वचालन तक पहुंचने की धारणा शामिल है, और यह एक नई तकनीक है जिसे कंप्यूटर हार्डवेयर लघुकरण द्वारा सक्षम किया गया है, उदाहरण के लिए, माइक्रोप्रोसेसर। ऐसी प्रक्रियाओं की कल्पना करना आसान है जिनका बड़े पैमाने पर उत्पादन और परिवहन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एयर कंडीशनर, घरेलू वाशिंग मशीन और रेफ्रिजरेटर जैसे कई उपकरणों को माइक्रोप्रोसेस माना जा सकता है। प्रक्रिया लघुकरण के डिजाइन दर्शन में यह कल्पना की गई है कि कई प्रक्रिया इकाई संचालन से जुड़ी जटिल प्रक्रियाओं का "स्केल-डाउन" प्राप्त किया जा सकता है, और पैमाने की अर्थव्यवस्था वितरित स्वायत्त सूक्ष्म प्रक्रियाओं के नेटवर्क के आकार से अधिक संबंधित होगी। चूंकि एक स्वायत्त माइक्रोप्रोसेस की विफलता पूरे नेटवर्क को बंद करने का कारण नहीं बनती है, इसलिए माइक्रोप्रोसेस से उन उत्पादों का अधिक आर्थिक रूप से कुशल, मजबूत और स्थिर उत्पादन होगा जो पारंपरिक रूप से पेट्रोलियम आधारित समाज के लिए उत्पादित किए गए हैं। चूंकि परिभाषा के अनुसार जीवाश्म ईंधन की खपत की जा रही है और ये गैर-नवीकरणीय हैं, इसलिए भविष्य का ईंधन और सामग्री नवीकरणीय बायोमास पर आधारित होगी। सूक्ष्मजीव ईंधन कोशिकाओं के लिए प्रक्रिया लघुकरण जैव द्रव्यमान का ऊर्जा में रूपांतरण शायद प्रौद्योगिकीविदों के लिए जीवाश्म ईंधन से ऊर्जा की तुलना में अधिक चुनौतीपूर्ण है। बायोमास प्रक्रियाओं में पानी, घुलनशील कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिक और विभिन्न आकार के ठोस कण मौजूद हो सकते हैं। यह शायद सूक्ष्मजीव ईंधन कोशिकाओं का विकास है जहां प्रक्रिया लघुकरण की दार्शनिक सोच एक व्यापक भूमिका निभाएगी। लघु उपकरणों के माध्यम से एक फैशनेबल, दिलचस्प शैली में ज्ञान के वितरण को कम बिजली खपत करने वाले उपकरणों (जैसे स्मार्ट फोन) द्वारा काफी बढ़ाया जा सकता है (त्वरित)। "पावरप्लांट क्या है" के बारे में पुनर्विचार? निर्माण की झिल्ली सामग्री, स्थिर संपूर्ण कोशिका पद्धतियों, चयापचय इंजीनियरिंग और नैनो प्रौद्योगिकी में हाल की प्रगति को देखते हुए विशाल नवाचारों का निर्माण कर सकते हैं। माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाओं की चुनौती मुख्य रूप से कम लागत वाले निर्माण विधियों, निर्माण की सामग्री और सिस्टम डिजाइन को खोजने से संबंधित है। पेन स्टेट यूनिवर्सिटी के ब्रूस लोगान ने कई शोध लेखों में इन चुनौतियों का वर्णन और समीक्षा की है। हालांकि, कम बिजली पैदा करने वाले मौजूदा डिजाइनों के साथ भी, अफ्रीका के दूरदराज के क्षेत्रों में विद्युत पुनर्भरण प्रणालियों के वितरण में अनुप्रयोग हैं, जहां स्मार्ट फोन, इंटरनेट की विशाल जानकारी तक पहुंच को सक्षम कर सकता है, और प्रकाश प्रदान कर सकता है। ये प्रणालियाँ प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले बैक्टीरिया का उपयोग करके कृषि, पशु और मानव अपशिष्ट धाराओं पर चल सकती हैं। लघु परमाणु रिएक्टरों के लिए प्रक्रिया लघुकरण परमाणु ऊर्जा को "हरित प्रौद्योगिकी" माना जाता है क्योंकि यह पारंपरिक प्राकृतिक गैस या कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों की तरह कार्बन डाइऑक्साइड, एक हरित गृह गैस का उत्पादन नहीं करता है। "द इकोनॉमिस्ट" में एक लेख में लघु परमाणु रिएक्टरों की तैनाती के अर्थशास्त्र पर चर्चा की गई है। ऊर्जा सचिव स्टीवन चू द्वारा लघु परमाणु रिएक्टरों के लाभों पर भी चर्चा की गई है। जैसा कि चू द्वारा चर्चा की गई है, रिएक्टरों का निर्माण कारखाने जैसी स्थिति में किया जाएगा और फिर रेल या जहाज द्वारा देश या दुनिया के विभिन्न हिस्सों में ले जाया जाएगा। आकार द्वारा पैमाने की अर्थव्यवस्था को संख्या द्वारा पैमाने की अर्थव्यवस्था द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। कई कंपनियां एकल बड़े रिएक्टर में 8 अरब डॉलर से 9 अरब डॉलर के निवेश के जोखिम को स्वीकार करने के लिए तैयार नहीं हैं, इसलिए प्रक्रिया लघुकरण की सबसे आकर्षक विशेषताओं में से एक पूंजी निवेश के जोखिम में कमी है, और एक कार्यात्मक टर्न-की माइक्रोप्रोसेस को एक नए मालिक को पुनर्विक्रय और स्थानांतरित करके निवेश की वसूली की संभावना है-माइक्रोप्रोसेस की सुवाह्यता का एक प्रमुख आर्थिक लाभ। संदर्भ रासायनिक प्रक्रिया इंजीनियरिंग