उष्णता उपचार भट्ट्या: प्रकार आणि उपयोग

उष्णता उपचार भट्ट्या (Heat Treatment Furnaces)

बॅच भट्ट्या (Batch Furnaces)

• बॅच भट्ट्या विविध आकार आणि संरConfigurationणांसाठी वापरल्या जाऊ शकतात.

एलि elevator्हेटर भट्टी (Elevator Furnace)

• वर्णन: ही भट्टी एक प्लॅटफॉर्म वापरते, जे गरम केलेल्या चेंबरमध्ये भाग वाढवते.
• फायदे: जड किंवा नाजूक भागांसाठी आदर्श.
• तोटे: संपूर्ण चेंबर गरम केल्यामुळे जास्त वेळ लागतो.
• ठराविक वापर: मोठ्या कास्टिंगचे ॲनीलिंग (Annealing), स्प्रिंग (Spring) चे टेम्परिंग (Tempering) करण्यासाठी उपयुक्त.

कार-बॉटम भट्टी (Car-Bottom Furnace)

• वर्णन: भाग एका गाडीवर लादले जातात, जी भट्टीमध्ये फिरते.
• फायदे: खूप मोठे किंवा जड लोडिंग (Loading) साठी चांगली.
• तोटे: भट्टी उघडताना लक्षणीय उष्णता कमी होते.
• ठराविक वापर: वेल्डमेंट्स (Weldments) वरील ताण कमी करणे, स्टील प्लेट्स (Steel plates) नॉर्मलाईज (Normalize) करणे.

बॉक्स भट्टी (Box Furnace)

• वर्णन: हे एक साधे, इन्सुलेटेड (Insulated) बॉक्स आहे ज्याला दरवाजा आहे.
• फायदे: अष्टपैलू आहे, लहान ते मध्यम आकाराचे भाग हाताळू शकते.
• तोटे: तापमान एकसारखे राखणे (Temperature uniformity) कठीण होऊ शकते.
• ठराविक वापर: लहान साधने (Tools) कठोर करणे, फोर्जिंग (Forging) साठी पूर्व heating करणे.

सतत भट्ट्या (Continuous Furnaces)

• सतत भट्ट्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी डिझाइन (Design) केल्या आहेत.

pusher भट्टी (Pusher Furnace)

• वर्णन: ट्रे (Tray) वर ठेवून भाग भट्टीतून ढकलले जातात.
• फायदे: जास्त उत्पादन क्षमता, चांगले तापमान नियंत्रण.
• तोटे: बदलत्या चक्रावधी वेळेनुसार (cycle times) भागांसाठी योग्य नाही.
• ठराविक वापर: केस हार्डनिंग (Case hardening), सिंटरिंग (Sintering) पावडर मेटल भाग.

वॉकिंग बीम भट्टी (Walking Beam Furnace)

• वर्णन: चालत्या बीमवर (Walking beams) भाग भट्टीतून सरळ रेषेत जातात.
• फायदे: जड भाग हाताळू शकते, अचूक तापमान नियंत्रण.
• तोटे: क्लिष्ट यंत्रणा, जास्त देखभाल खर्च.
• ठराविक वापर: फोर्जिंगसाठी (Forging) बिलेट्स (Billets) पुन्हा गरम करणे, ट्यूब ॲनीलिंग (Tube annealing) करणे.

रोलर हर्थ भट्टी (Roller Hearth Furnace)

• वर्णन: रोलर्सवर (Rollers) भाग भट्टीतून वाहून नेले जातात.
• फायदे: लांब, दंडगोलाकार भागांसाठी आदर्श.
• तोटे: जास्त तापमान किंवा जड Loadsमुळे रोलर्स खराब होऊ शकतात.
• ठराविक वापर: पाईप ॲनीलिंग (Pipe annealing), बार टेम्परिंग (Bar tempering) करणे.

मेश बेल्ट भट्टी (Mesh Belt Furnace)

• वर्णन: लहान भाग मेश बेल्टवर (Mesh Belt) ठेवून भट्टीतून नेले जातात.
• फायदे: जास्त उत्पादन क्षमता, लहान भागांसाठी चांगली.
• तोटे: मर्यादित Load क्षमता, तीक्ष्ण कडांनी बेल्ट खराब होऊ शकतो.
• ठराविक वापर: फास्टनर्स (Fasteners) कठोर करणे, स्प्रिंग (Spring) टेम्परिंग (Tempering) करणे.

रोटरी हर्थ भट्टी (Rotary Hearth Furnace)

• वर्णन: भाग फिरत्या हर्थवर (Rotating hearth) ठेवले जातात.
• फायदे: एकसमान heating साठी चांगले, Load करणे आणि उतरवणे सोपे.
• तोटे: मर्यादित क्षमता, खूप मोठ्या भागांसाठी योग्य नाही.
• ठराविक वापर: गीअर्स (Gears) कठोर करणे, बेअरिंग्ज (Bearings) टेम्परिंग (Tempering) करणे.

व्हॅक्यूम भट्ट्या (Vacuum Furnaces)

• व्हॅक्यूम भट्ट्या हवा किंवा इतर वायूंच्या अनुपस्थितीत सामग्री गरम करण्यासाठी वापरल्या जातात.

व्हॅक्यूम भट्टी (Vacuum Furnace)

• वर्णन: उच्च व्हॅक्यूम वातावरण (High vacuum environment) तयार करते.
• फायदे: ऑक्सिडेशन (Oxidation) कमी करते, ब्राईट ॲनीलिंग (Bright annealing) आणि डिफ्यूजन बॉन्डिंग (Diffusion bonding) सुलभ करते.
• तोटे: जास्त प्रारंभिक खर्च, क्लिष्ट ऑपरेशन.
• ठराविक वापर: ब्रेझिंग (Brazing), सिंटरिंग (Sintering) आणि टायटॅनियम (Titanium) सारख्या प्रतिक्रियाशील धातूंवर उष्णता उपचार करण्यासाठी.

Induction Heating

• Induction heating सामग्री गरम करण्यासाठी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन (Electromagnetic induction) वापरते.

Induction Heating System

• वर्णन: भागामध्ये करंट (Current ) निर्माण करण्यासाठी कॉइल (Coil) वापरते.
• फायदे: जलद आणि localized heating, अचूक तापमान नियंत्रण.
• तोटे: जास्त प्रारंभिक खर्च, फक्त conductive materials पुरते मर्यादित.
• ठराविक वापर: पृष्ठभाग hardening, गीअर्स (Gears) वर उष्णता उपचार आणि वेल्डिंगसाठी (Welding) पूर्व heating.

रासायनिक अभियांत्रिकी उष्मागतिकी (Chemical Engineering Thermodynamics)

अध्याय 3: स्टेटची समीकरणे (Equations of State)

3.1 व्हायरीअल स्टेट समीकरण (The Virial Equation of State)

• व्हायरीअल स्टेट समीकरण: Z = 1 + B/V + C/V^2 + D/V^3 +...
• इथे, Z = PV/RT
• B, C, D... हे व्हायरीअल कोएफिशंट्स (Virial coefficients) आहेत.
• B = f(T), C = f(T)...
• वैकल्पिक रूप: Z = 1 + B'P + C'P^2 + D'P^3 +...
• इथे, B' = B/RT, C' = (C-B^2)/(RT)^2, D' = (D-3BC+2B^3)/(RT)^3

3.2 आदर्श वायू नियम (The Ideal Gas Law)

• आदर्श वायू नियम: PV = RT
• इथे:
  • P म्हणजे निरपेक्ष दाब (Absolute pressure).
  • V म्हणजे मोलर व्हॉल्यूम (Molar volume).
  • R म्हणजे वायू स्थिरांक (Gas constant).
  • T म्हणजे निरपेक्ष तापमान (Absolute temperature).
• वैधता: जेव्हा P → 0, तेव्हा सर्व वायू आदर्श वायू नियमाचे पालन करतात.

3.3 क्यूबिक स्टेट समीकरणे (Cubic Equations of State)

• सामान्य रूप: P = RT/(V-b) - a(T)/((V+δ₁b)(V+δ₂b))
• इथे:
  • a म्हणजे आकर्षक संज्ञा (Attractive term).
  • b म्हणजे प्रतिकर्षक संज्ञा (Repulsive term).
  • δ₁ आणि δ₂ हे समीकरण-विशिष्ट पॅरामीटर्स (Equation-specific parameters) आहेत.

3.4 व्हॅन डर वाल्स स्टेट समीकरण (The van der Waals Equation of State)

• व्हॅन डर वाल्स स्टेट समीकरण: P = RT/(V-b) - a/V^2
• इथे:
  • a = (27R²T_c²)/(64P_c)
  • b = (RT_c)/(8P_c)
• गंभीर कॉम्प्रेशिबिलिटी घटक (Critical compressibility factor): Z_c = (P_cV_c)/(RT_c) = 3/8 = 0.375

3.5 रेडलिच/क्वाँग स्टेट समीकरण (The Redlich/Kwong Equation of State)

• रेडलिच/क्वाँग स्टेट समीकरण: P = RT/(V-b) - a/(T^0.5V(V+b))
• इथे:
  • a = 0.42748 * (R²T_c^2.5)/P_c
  • b = 0.08664 * (RT_c)/P_c
• गंभीर कॉम्प्रेशिबिलिटी घटक (Critical compressibility factor): Z_c = (P_cV_c)/(RT_c) = 1/3 = 0.333

3.6 सोवे/रेडलिच/क्वाँग स्टेट समीकरण (The Soave/Redlich/Kwong Equation of State)

• सोवे/रेडलिच/क्वाँग स्टेट समीकरण: P = RT/(V-b) - (aα)/(V(V+b))
• इथे:
  • a = 0.42748 * (R²T_c²)/P_c
  • b = 0.08664 * (RT_c)/P_c
  • α = [1 + m(1 - T_r^0.5)]²
  • m = 0.480 + 1.574ω - 0.176ω²
  • T_r = T/T_c
• गंभीर कॉम्प्रेशिबिलिटी घटक (Critical compressibility factor): Z_c = (P_cV_c)/(RT_c) = 1/3 = 0.333

3.7 पेंग/रॉबिन्सन स्टेट समीकरण (The Peng/Robinson Equation of State)

• पेंग/रॉबिन्सन स्टेट समीकरण: P = RT/(V-b) - (aα)/(V² + 2bV - b²)
• इथे:
  • a = 0.45724 * (R²T_c²)/P_c
  • b = 0.07780 * (RT_c)/P_c
  • α = [1 + m(1 - T_r^0.5)]²
  • m = 0.37464 + 1.54226ω - 0.26992ω²
  • T_r = T/T_c
• गंभीर कॉम्प्रेशिबिलिटी घटक (Critical compressibility factor): Z_c = (P_cV_c)/(RT_c) = 0.307

3.8 दुसर्‍या व्हायरीअल कोएफिशंटसाठी सामान्यीकृत संबंध (Generalized Correlations for the Second Virial Coefficient)

• संबंधित-स्टेट्स कोरिलेशन (Corresponding-states correlation): (B P_c)/(RT_c) = B_0 + ωB_1
• इथे:
  • B_0 = 0.083 - (0.422)/(T_r^1.6)
  • B_1 = 0.139 - (0.172)/(T_r^4.2)
  • T_r = T/T_c
  • ω म्हणजे ॲसेंट्रिक घटक (Acentric factor).

3.9 T आणि P चे स्पष्ट फंक्शन म्हणून व्हॉल्यूम (Volume as an Explicit Function of T and P)

• व्हॅन डर वाल्स समीकरणासाठी: V = (RT)/P + b - a/(RT) +...

3.10 उदाहरण: स्टेट समीकरणांचा वापर (Example: Use of Equations of State)

• उदाहरण:
  • दिलेले: T, P, V
  • शोधायचे: Z, a, b
• उपाय:
  1. T_c, P_c, ω शोधा.
  2. a, b ची गणना करा.
  3. स्टेट समीकरणातून Z ची गणना करा.
  4. Z ची तुलना आदर्श वायू नियमाशी करा.

3.11 स्टेट समीकरणांचा सारांश (Summary of Equations of State)