শিল্প স্কেল-আপে উচ্চ সান্দ্রতা মিশ্রণের চ্যালেঞ্জগুলি অতিক্রম করা।

ল্যাবে সফলতা এবং উৎপাদনে ব্যর্থতার মধ্যে ফারাক

প্রত্যেক প্রক্রিয়া প্রকৌশলীই এই অনুভূতি জানেন। ফর্মুলেশনটি ল্যাব টেবিলে সুন্দরভাবে কাজ করে। মিশ্রণে বারো মিনিট সময় লাগে, উপকরণটি পারফেক্ট দেখায়, পরীক্ষার ফলাফল পরিষ্কার আসে। তারপর স্কেল-আপটি উৎপাদনে পৌঁছায় এবং সবকিছু ভেঙে পড়ে। মিশ্রণে পৌঁয়ে পঁয়তাল্লিশ মিনিট সময় লাগে। উপকরণটি অতিরিক্ত তাপ পায়। বুদবুদগুলি আটকে যায়। চূড়ান্ত পণ্যটি স্পেসিফিকেশন পূরণ করতে ব্যর্থ হয়।

উচ্চ সান্দ্রতা মিশ্রণ হল যেখানে এই ফারাকটি সবচেয়ে কঠোরভাবে প্রকট হয়। যখন সান্দ্রতা শত হাজার বা লক্ষ সেন্টিপয়েজের মধ্যে উঠে যায়, তখন মিশ্রণের পদার্থবিদ্যা মৌলিকভাবে পরিবর্তিত হয়। প্রবাহ ধীরগতির হয়ে যায়। তাপ বিসরণ খারাপ হয়ে যায়। বাতাসের আটকানো প্রায় অপরিহার্য হয়ে ওঠে। এই পরিবর্তনগুলো বুঝতে না পেরে ল্যাব মিক্সার থেকে উৎপাদন সরঞ্জামে স্কেল আপ করা হলে উপকরণ নষ্ট হওয়া এবং সময়সীমা মিস করার সম্ভাবনা বেড়ে যায়।

আসল সমস্যা শুধু ঘনত্ব নয়

উচ্চ সান্দ্রতার উপকরণগুলি প্রবাহকে বাধা দেয়। এটা যতটা স্পষ্ট, তার চেয়ে কম স্পষ্ট হল যে এই বাধাটি মিশ্রণ প্রক্রিয়ার প্রতিটি অন্য দিকের সঙ্গে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে।

যখন কোনও উপাদানের স্নিগ্ধতা ১,০০,০০০ থেকে ১০ লক্ষ সেন্টিপয়েজ (cP) এর মধ্যে থাকে, তখন তাকে সরানোর জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি পায়। এই শক্তি বিলুপ্ত হয় না—এটি তাপে পরিণত হয়। ল্যাব-স্কেলের মিক্সারে, যেখানে পৃষ্ঠতল-থেকে-আয়তন অনুপাত ভালো, সেখানে এই তাপ যথেষ্ট ভালোভাবে বিলুপ্ত হয়। কিন্তু উৎপাদন-স্কেলের পাত্রে, একই শক্তি ঘনত্ব গরম বিন্দু সৃষ্টি করে যা তাপ-সংবেদনশীল উপাদানগুলিকে ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে।

অন্য একটি বিষয় হলো শিয়ার বণ্টন। কম স্নিগ্ধতা বিশিষ্ট তরলগুলি শিয়ার বলকে আয়তন জুড়ে সমানভাবে স্থানান্তরিত করে। উচ্চ স্নিগ্ধতা বিশিষ্ট তরলগুলি গতিকে দমন করে। মিশ্রণকারীর কাছাকাছি অবস্থিত উপাদান সরে, কিন্তু পাত্রের দেয়ালের কাছে অবস্থিত উপাদান প্রায় সরে না। এতে মৃত অঞ্চল গঠিত হয়। স্থির উপাদান সেখানেই থেকে যায় এবং উত্তপ্ত হয়, অন্যদিকে সক্রিয় অঞ্চলটি অত্যধিক কাজ করে।

শূন্যস্থান বুদবুদ অপসারণের জন্য খেলার নিয়ম পরিবর্তন করে

বায়ু আটকে যাওয়া উচ্চ-সান্দ্রতা ব্যাচগুলির নিঃশব্দ হত্যাকারী। মিশ্রণের সময় যে বুদবুদগুলি গঠিত হয়, ঘন উপাদানের মধ্যে সেগুলির যেতে কোনো পথ নেই। এগুলি কম-সান্দ্রতা তরলের মতো পৃষ্ঠের দিকে উঠে যেতে পারে না। এগুলি স্থির থাকে এবং চূড়ান্ত পণ্যের শক্তি কমিয়ে দেয় এমন ফাঁক সৃষ্টি করে।

চিত্রাঙ্কিত মিক্সারগুলি প্রায়শই মিশ্রণের পরে ভ্যাকুয়াম ডিগ্যাসিং-এর উপর নির্ভর করে। উপাদানটি একটি পৃথক পাত্রে স্থানান্তরিত হয়, ভ্যাকুয়াম প্রয়োগ করা হয় এবং বুদবুদগুলি সময়ের সাথে সাথে বের করে আনা হয়। এটি অতিরিক্ত ধাপ যোগ করে, হ্যান্ডলিং বাড়ায় এবং দূষণের ঝুঁকি বাড়ায়।

সমন্বিত ভ্যাকুয়াম ক্ষমতা সহ গ্রহীয় কেন্দ্রাপসারী মিক্সারগুলি মিশ্রণের সময় ডিগ্যাসিং পরিচালনা করে । ভ্যাকুয়াম পরিবেশটি ঋণাত্মক চাপ টেনে আনে যখন কেন্দ্রাপসারী বল বুদবুদগুলিকে পাত্রের দেয়ালের দিকে ঠেলে দেয়, যেখানে সেগুলি অবিরাম ভাবে বের করে আনা হয়। ফলাফল হল অবশিষ্ট বুদবুদের হার ০.৩ শতাংশের নিচে, যা ঐতিহ্যগত পদ্ধতির তুলনায় ২ থেকে ৫ শতাংশ। .

বৃহৎ স্কেলে তাপমাত্রা ব্যবস্থাপনা অবশ্যই অপরিহার্য হয়ে ওঠে

উচ্চ-সান্দ্রতা মিশ্রণে তাপ উৎপাদন কোনও ছোটখাটো অসুবিধা নয়—এটি একটি প্রক্রিয়া পরিবর্তনশীল যা নিয়ন্ত্রণ করা আবশ্যক। দক্ষিণ চীনের একটি আঠালো উদ্যোগে একটি প্রকল্প এই ঝুঁকির প্রমাণ দেয়। দলটি একটি পলিউরেথান সিল্যান্ট ফর্মুলেশনকে ৫-লিটার ল্যাব ব্যাচ থেকে ২০০-লিটার উৎপাদন ব্যাচে স্কেল আপ করছিল। ল্যাব মিক্সারে সর্বোচ্চ তাপমাত্রা ৪৫°সে এর নিচে রয়েছিল। কিন্তু সক্রিয় শীতলীকরণ ছাড়া উৎপাদন মিক্সারে মাত্র বিশ মিনিটের মধ্যে তাপমাত্রা ৭২°সে পর্যন্ত বেড়ে গিয়েছিল। সিল্যান্টটি পাত্রের মধ্যেই পূর্বেই জমে গিয়েছিল। ব্যাচটি বরদাস্ত করা হয়নি।

সমাধান কেবল একটি শীতলীকরণ জ্যাকেট যোগ করা ছিল না। উৎপাদন মিক্সারে সঞ্চালিত শীতলকারী তরল এবং বাস্তব সময়ের ফিডব্যাক সহ সক্রিয় তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন হয়েছিল। একবার স্থাপন করার পর, সম্পূর্ণ চক্র জুড়ে তাপমাত্রা সেটপয়েন্টের মাত্র ২°সে মধ্যে স্থির রয়েছিল। ফর্মুলেশনটি কোনও পরিবর্তন ছাড়াই সফলভাবে স্থানান্তরিত হয়েছিল।

আধুনিক গ্রহীয় মিক্সারগুলিতে সক্রিয় তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ লুপগুলি মিশ্রণ কক্ষের চারপাশে তাপমাত্রা-নিয়ন্ত্রিত তরল সঞ্চালন করে এই সমস্যার সমাধান করে কিছু সিস্টেম একই সার্কিটে শীতলীকরণ ও তাপীয়ন সুবিধা প্রদান করে, যা নির্দিষ্ট প্রক্রিয়াকরণ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয় এমন উপকরণগুলির জন্য নমনীয়তা প্রদান করে।

শিয়ার সমরূপতা চূড়ান্ত পণ্যের মান নির্ধারণ করে

উচ্চ-সান্দ্রতা বিশিষ্ট সিস্টেমে, সমস্ত উপকরণ একই শিয়ার ইতিহাসের সম্মুখীন হয় না। ইম্পেলারের কাছাকাছি অবস্থিত উপকরণ উচ্চ শিয়ারের সম্মুখীন হয়; আর দেয়ালের কাছাকাছি অবস্থিত উপকরণ নিম্ন শিয়ারের সম্মুখীন হয়। শিয়ার প্রক্রিয়ার এই পার্থক্যের ফলে তাপমাত্রা, বিস্তার মান এবং চূড়ান্ত বৈশিষ্ট্যগুলিতে পার্থক্য সৃষ্টি হয়।

পূর্বে উল্লিখিত যৌগিক প্রবাহ ক্ষেত্রের মাধ্যমে গ্রহীয় গতি এই সমস্যার সমাধান করে পরিভ্রমণ ও ঘূর্ণনের সংমিশ্রণে একটি মিশ্রণ প্যাটার্ন তৈরি হয় যা উচ্চ-শিয়ার ও নিম্ন-শিয়ার অঞ্চলের মধ্যে ব্যাচের উপকরণগুলিকে অবিরামভাবে আদান-প্রদান করে। ব্যাচের কোনও অংশই যথেষ্ট সময় ধরে স্থির থাকে না যাতে উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্যগত পার্থক্য তৈরি হতে পারে।

সামঞ্জস্যতা উন্নয়ন সংখ্যায় প্রকট হয়। ৮০০,০০০ সিপি পরিচালন রৌপ্য পেস্টের ক্ষেত্রে, গ্রহীয় মিশ্রণ প্রক্রিয়াকরণ সময় ৪৫ মিনিট থেকে কমিয়ে ১২ মিনিট করেছে এবং রৌপ্য গুঁড়োর বিস্তার সামঞ্জস্যতা ৯৯.৩ শতাংশে উন্নীত করেছে একই পদ্ধতি ব্যবহার করে একটি ফটোভোলটাইক উৎপাদনকারী প্রতিষ্ঠান ২৫ শতাংশ বৃদ্ধি পেয়েছে সোলার সেলের ওয়েল্ড টেনশন সামঞ্জস্যতায় .

যে স্কেল-আপ ফাঁদে অধিকাংশ দলই আটকা পড়ে

উচ্চ-সান্দ্রতা মিশ্রণ স্কেল-আপ করার সময় সবচেয়ে সাধারণ ভুল হলো রৈখিক সম্পর্কের ধারণা করা। ব্যাচ আকার দ্বিগুণ করলে মিশ্রণ সময়ও দ্বিগুণ হবে। আয়তন তিনগুণ করলে শক্তিও তিনগুণ হবে। কিন্তু এটি এভাবে কাজ করে না।

উচ্চ-সান্দ্রতা তরলের মিশ্রণ জ্যামিতি, গতি এবং উপাদানের বৈশিষ্ট্যের মধ্যে জটিল সম্পর্কের দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। শক্তি খরচ ইমপেলারের ব্যাস এবং গতির সাথে অ-রৈখিকভাবে পরিবর্তিত হয়। তাপ উৎপাদন শক্তি ইনপুটের সাথে সমানুপাতিক। রেনোল্ডস সংখ্যা ল্যামিনার অঞ্চলে হ্রাস পেলে প্রবাহ প্যাটার্ন পরিবর্তিত হয়।

প্রকৃত উপাদান—অথবা ভালভাবে বৈশিষ্ট্যযুক্ত একটি সিমুল্যান্ট—দিয়ে পাইলট-স্কেল পরীক্ষা অবশ্যই করতে হবে। এই ধাপটি এড়িয়ে গেলে উৎপাদন-স্কেলের অপ্রত্যাশিত সমস্যাগুলি ব্যয়বহুল হবে। আঠালো পদার্থ শিল্পে স্কেল-আপ ব্যর্থতার একটি ২০২৪ সালের বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে, মিশ্রণ-সংক্রান্ত উৎপাদন সমস্যার ৬৮ শতাংশই সঠিক পরীক্ষা প্রোটোকল ব্যবহার করে পাইলট স্কেলে চিহ্নিত করা যেত।

উচ্চ-সান্দ্রতা মিশ্রণ কখন যুক্তিসঙ্গত—এবং কখন নয়

গ্রহীয় কেন্দ্রাবর্তী মিক্সারগুলি ১০০,০০০ থেকে কয়েক মিলিয়ন cP পর্যন্ত সান্দ্রতা বিশিষ্ট উপাদানের সাথে অত্যন্ত কার্যকর পেস্ট, সিল্যান্ট, উচ্চ-ঘনত্বের স্লারি এবং পূরিত পলিমার—সবগুলোই এই শ্রেণীর অন্তর্ভুক্ত। গ্রহীয় গতি, শূন্যস্থান এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের সংমিশ্রণ একসাথে তিনটি বৃহত্তম সমস্যা—মৃত অঞ্চল, বুদবুদ এবং তাপ—সমাধান করে।

নিম্ন-সান্দ্রতা সম্পন্ন উপকরণের জন্য সরল এবং কম ব্যয়বহুল মিশ্রণ প্রযুক্তি সম্পূর্ণরূপে যথেষ্ট হতে পারে। উপকরণের বৈশিষ্ট্য এবং উৎপাদন প্রয়োজনীয়তার একটি বিস্তারিত মূল্যায়ন এমন ক্ষমতায় অতিরিক্ত বিনিয়োগ রোধ করে যা কখনও ব্যবহৃত হবে না।

এসএমআইডিএ উচ্চ সান্দ্রতা এবং জটিল বহু-পর্যায় সিস্টেমের জন্য গ্রহীয় কেন্দ্রাবর্তী মিশ্রণ প্রযুক্তি বিকাশে এক দশকেরও বেশি সময় ব্যয় করেছে । কোম্পানির সরঞ্জামগুলি গ্রহীয় গতি, কেন্দ্রাবর্তী বলক্ষেত্র এবং শূন্যস্থানের পরিবেশকে একটি ত্রিমাত্রিক প্রযুক্তি স্থাপত্যে একত্রিত করে যা ১০০,০০০ থেকে ১ মিলিয়ন সিপির বেশি পর্যন্ত উপাদান পরিচালনা করতে পারে। আঠালো পদার্থ, সৌন্দর্য প্রসাধনী, ইলেকট্রনিক্স, নতুন শক্তি এবং মহাকাশ বিষয়ক উপাদানসহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে এর প্রয়োগ রয়েছে এবং এসএমআইডিএ ল্যাব থেকে উৎপাদনে নির্ভরযোগ্য স্কেল-আপ প্রয়োজন এমন উৎপাদকদের সমর্থন করে যারা মিশ্রণের গুণগত মান অক্ষুণ্ণ রাখতে চান।