نقطہ نظر کا درجہ حرارت جو سائز کا تعین کرتا ہے۔
سلفیورک ایسڈ-ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ مکسچر کو 140 ڈگری پر چلانے والے سیمی کنڈکٹر گیلے بینچ کو درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کے لیے ہیٹ ایکسچینجر کی ضرورت ہوتی ہے۔ سروس سیال 160 ڈگری پر بھاپ ہے، جو 20 ڈگری تک درجہ حرارت فراہم کرتا ہے۔
نقطہ نظر کا درجہ حرارت سروس سیال کے درجہ حرارت اور عمل کے سیال کے درجہ حرارت کے درمیان اس مقام پر فرق ہے جہاں دو سیال سب سے قریب ہیں۔ کاؤنٹر میں-فلو ہیٹ ایکسچینجر، قریب ترین نقطہ نظر پروسیس آؤٹ لیٹ اور سروس آؤٹ لیٹ پر ہے۔ ایک متوازی-فلو ہیٹ ایکسچینجر میں، قریب ترین نقطہ نظر پراسیس آؤٹ لیٹ اور سروس انلیٹ پر ہے۔
دیے گئے گرمی کے بوجھ کے لیے، مطلوبہ سطح کا رقبہ لاگ اوسط درجہ حرارت کے فرق (LMTD) کے الٹا متناسب ہے، جو نقطہ نظر کے درجہ حرارت کا ایک فنکشن ہے۔ ایک چھوٹا نقطہ نظر درجہ حرارت ایک چھوٹا LMTD پیدا کرتا ہے اور اس کے لیے سطح کے بڑے رقبے کی ضرورت ہوتی ہے۔
LMTD اور سطحی رقبہ کا رشتہ
لاگ مطلب درجہ حرارت کے فرق کو ہیٹ ایکسچینجر کے دونوں سروں پر درجہ حرارت کے فرق سے شمار کیا جاتا ہے۔ 140 ڈگری پر پروسیس انلیٹ کے ساتھ ایک کاؤنٹر-بہاؤ کے انتظام کے لیے، 140 ڈگری پر ایک پروسیس آؤٹ لیٹ (آئیسو تھرمل عمل)، 160 ڈگری پر سروس انلیٹ، اور 150 ڈگری پر سروس آؤٹ لیٹ، LMTD تقریباً 15 ڈگری ہے۔
20 کلو واٹ فراہم کرنے والے ہیٹ ایکسچینجر کے لیے 200 W/m²·K کے مجموعی ہیٹ ٹرانسفر گتانک اور 15 ڈگری کے LMTD کے ساتھ، مطلوبہ سطح کا رقبہ 6.7 m² ہے۔ اگر نقطہ نظر کا درجہ حرارت 10 ڈگری تک کم کر دیا جاتا ہے تو، LMTD تقریباً 7.5 ڈگری تک گر جاتا ہے، اور مطلوبہ سطح کا رقبہ بڑھ کر 13.3 m² ہو جاتا ہے۔
سطح کا رقبہ دوگنا ہو جاتا ہے جب نقطہ نظر کا درجہ حرارت آدھا ہو جاتا ہے۔ سرمایہ کی لاگت متناسب طور پر بڑھتی ہے، اور قدموں کے نشان میں بھی اضافہ ہوتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر گیلے بنچوں میں، جہاں دستیاب جگہ محدود ہے، سطح کا بڑا رقبہ ممکن نہیں ہو سکتا۔
عمل درجہ حرارت رواداری کی پابندی
نقطہ نظر کا درجہ حرارت عمل کے درجہ حرارت کی رواداری سے محدود ہے۔ سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ میں، عمل کے درجہ حرارت کو رواداری کے اندر برقرار رکھا جانا چاہیے جو عام طور پر ±1 ڈگری یا سخت ہو۔ سروس سیال کا درجہ حرارت حرارت کی منتقلی کو چلانے کے لیے اتنا زیادہ ہونا چاہیے لیکن اتنا زیادہ نہیں کہ یہ عمل کے درجہ حرارت سے زیادہ ہو جائے۔
اگر سروس سیال کا درجہ حرارت عمل کے درجہ حرارت کے بہت قریب ہے، تو حرارت کی منتقلی کی شرح کم ہے، اور ہیٹ ایکسچینجر بڑا ہونا چاہیے۔ اگر سروس سیال کا درجہ حرارت بہت زیادہ ہے تو، عمل کا درجہ حرارت عارضی کے دوران اوور شوٹ ہو سکتا ہے، اور کنٹرول سسٹم کو زیادہ نفیس ہونا چاہیے۔
بہترین نقطہ نظر کا درجہ حرارت وہ ہے جو ہیٹ ایکسچینجر کے سائز کو کنٹرول کی پیچیدگی کے خلاف متوازن کرتا ہے۔ ایک بڑا نقطہ نظر درجہ حرارت ہیٹ ایکسچینجر کے سائز کو کم کرتا ہے لیکن کنٹرول کی پیچیدگی اور اوور شوٹ کا خطرہ بڑھاتا ہے۔ ایک چھوٹا نقطہ نظر درجہ حرارت ہیٹ ایکسچینجر کے سائز کو بڑھاتا ہے لیکن زیادہ کنٹرول مارجن فراہم کرتا ہے۔
سروس فلوئڈ کی دستیابی کی پابندی
نقطہ نظر کا درجہ حرارت سروس سیال کی دستیابی سے بھی محدود ہے۔ بھاپ محدود تعداد میں دباؤ پر دستیاب ہے، اور ہر دباؤ کے مطابق سیر شدہ درجہ حرارت مقرر ہے۔ 140 ڈگری پر عمل کے لیے، 4 بار پر بھاپ 152 ڈگری کا سیر شدہ درجہ حرارت فراہم کرتی ہے، جو 12 ڈگری کا درجہ حرارت فراہم کرتی ہے۔ 6 بار پر بھاپ 165 ڈگری کا سیر شدہ درجہ حرارت فراہم کرتی ہے، جو 25 ڈگری کا درجہ حرارت فراہم کرتی ہے۔
بھاپ کے دباؤ کا انتخاب نقطہ نظر کے درجہ حرارت اور ہیٹ ایکسچینجر کے سائز کا تعین کرتا ہے۔ بھاپ کا زیادہ دباؤ ایک بڑا اپروچ درجہ حرارت اور ایک چھوٹا ہیٹ ایکسچینجر فراہم کرتا ہے، لیکن زیادہ درجہ حرارت ٹیوب کی دیوار کے درجہ حرارت اور PTFE کے انحطاط کی شرح کو بڑھاتا ہے۔
سیمی کنڈکٹر سروس میں پاکیزگی کی پابندی
سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ میں، ہیٹ ایکسچینجر کو عمل کے سیال میں آلودگی نہیں ڈالنی چاہیے۔ ٹیوب کی دیوار کا درجہ حرارت PTFE کی لیچنگ کی شرح کو متاثر کرتا ہے، اور دیوار کا زیادہ درجہ حرارت لیچنگ کی شرح کو بڑھاتا ہے۔ نقطہ نظر کا درجہ حرارت دیئے گئے گرمی کے بہاؤ کے لئے دیوار کے درجہ حرارت کا تعین کرتا ہے۔
ایک چھوٹے نقطہ نظر کے درجہ حرارت کے لیے سطح کے بڑے رقبے اور کم حرارت کے بہاؤ کی ضرورت ہوتی ہے، جو ٹیوب کی دیوار کا درجہ حرارت اور لیچنگ کی شرح کو کم کرتا ہے۔ ایک بڑے نقطہ نظر کا درجہ حرارت سطح کے چھوٹے رقبے اور زیادہ گرمی کے بہاؤ کی اجازت دیتا ہے، جس سے دیوار کے درجہ حرارت اور لیچنگ کی شرح میں اضافہ ہوتا ہے۔
اس لیے طہارت کی ضرورت چھوٹے نقطہ نظر کے درجہ حرارت اور بڑے ہیٹ ایکسچینجر کے حق میں ہے۔ تجارت-بڑے ہیٹ ایکسچینجر کی سرمائے کی قیمت اور کم لیچنگ ریٹ کے پاکیزگی کے فائدہ کے درمیان ہے۔
سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ کے لیے نقطہ نظر کے درجہ حرارت کا موازنہ کرنا
درج ذیل جدول 20 کلو واٹ ہیٹ لوڈ کے ساتھ 140 ڈگری پر چلنے والے سیمی کنڈکٹر گیلے بینچ میں مختلف نقطہ نظر کے درجہ حرارت کے لیے ہیٹ ایکسچینجر کے سائز اور کارکردگی کا خلاصہ کرتا ہے۔
| نقطہ نظر کا درجہ حرارت | LMTD | مطلوبہ سطح کا رقبہ | حرارت کا بہاؤ | ٹیوب وال کا درجہ حرارت | لیچنگ ریٹ | کیپٹل لاگت |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 ڈگری | 4 ڈگری | 25 m² | 0.8 W/cm² | 155 ڈگری | بہت کم | $52,000 |
| 10 ڈگری | 8 ڈگری | 12.5 m² | 1.6 W/cm² | 170 ڈگری | کم | $32,000 |
| 15 ڈگری | 12 ڈگری | 8.3 m² | 2.4 W/cm² | 185 ڈگری | اعتدال پسند | $24,000 |
| 20 ڈگری | 16 ڈگری | 6.3 m² | 3.2 W/cm² | 200 ڈگری | اعلی | $19,000 |
| 25 ڈگری | 20 ڈگری | 5.0 m² | 4.0 W/cm² | 215 ڈگری | بہت اعلیٰ | $16,000 |
| 30 ڈگری | 24 ڈگری | 4.2 m² | 4.8 W/cm² | 230 ڈگری | انتہائی | $14,000 |
ٹیوب کی دیوار کا درجہ حرارت گرمی کے بہاؤ اور 0.8 ملی میٹر PTFE دیوار کے لیے ٹیوب وال تھرمل مزاحمت سے لگایا جاتا ہے۔ لیچنگ کی شرح دیوار کے درجہ حرارت اور اعلی-پیوریٹی ایسڈ سروس میں پی ٹی ایف ای کے معلوم لیچنگ رویے کی بنیاد پر ایک معیاری تشخیص ہے۔
نقطہ نظر کے درجہ حرارت کی عملی حدود
سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ میں نقطہ نظر کے درجہ حرارت کی عملی حدود کا تعین ہیٹ ایکسچینجر کے سائز اور دیوار کے درجہ حرارت کے درمیان تجارت-سے کیا جاتا ہے۔ ایک بہت ہی چھوٹے نقطہ نظر کے درجہ حرارت کے لیے ایک بہت بڑے ہیٹ ایکسچینجر کی ضرورت ہوتی ہے، جو دستیاب جگہ میں فٹ نہیں ہو سکتا۔ ایک بہت بڑے نقطہ نظر کے درجہ حرارت کے لیے دیوار کے بہت زیادہ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ PTFE کے انحطاط کی حد سے تجاوز کر سکتا ہے۔
زیادہ تر سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ ایپلی کیشنز کے لیے، عملی نقطہ نظر درجہ حرارت کی حد 10-20 ڈگری ہے۔ 10 ڈگری سے نیچے، ہیٹ ایکسچینجر غیر عملی طور پر بڑا ہو جاتا ہے۔ 20 ڈگری سے اوپر، دیوار کا درجہ حرارت اتنا زیادہ ہو جاتا ہے کہ پی ٹی ایف ای انحطاط اور لیچنگ کی شرح کو تیز کر سکے۔
ڈیزائن کی خصوصیات جو چھوٹے نقطہ نظر کے درجہ حرارت کی اجازت دیتی ہیں۔
ڈیزائن کی متعدد خصوصیات ہیٹ ایکسچینجر کے سائز میں ضرورت سے زیادہ اضافے کے بغیر ایک چھوٹا نقطہ نظر درجہ حرارت کی اجازت دیتی ہیں۔
اعلی چالکتا ٹیوب مواد.0.5 W/m·K کی تھرمل چالکتا کے ساتھ بھرے ہوئے PTFE کمپاؤنڈ میں ورجن PTFE کی دیوار کی تھرمل مزاحمت نصف ہے۔ کم مزاحمت اسی دیوار کے درجہ حرارت کے لیے زیادہ گرمی کے بہاؤ کی اجازت دیتی ہے، جس سے سطح کا مطلوبہ رقبہ کم ہو جاتا ہے۔
پتلی ٹیوب کی دیوار۔ایک پتلی دیوار تھرمل مزاحمت کو کم کرتی ہے اور اسی دیوار کے درجہ حرارت کے لیے زیادہ گرمی کے بہاؤ کی اجازت دیتی ہے۔ 0.5 ملی میٹر کی دیوار میں 1.0 ملی میٹر کی دیوار کی نصف تھرمل مزاحمت ہوتی ہے۔
زیادہ بہاؤ کی رفتار۔زیادہ بہاؤ کی رفتار ٹیوب کی دیوار کے دونوں طرف فلمی گتانک کو بڑھاتی ہے، جس سے گرمی کی منتقلی کے مجموعی گتانک میں اضافہ ہوتا ہے اور سطح کے مطلوبہ رقبے کو کم کیا جاتا ہے۔
بہتر ٹیوب کی سطح.پنکھوں یا نالیوں والی ٹیوب کی سطح فی یونٹ کی لمبائی اور فلم کے گتانک کو بڑھاتی ہے۔ بڑھی ہوئی سطح ہیٹ ایکسچینجر کے سائز میں ضرورت سے زیادہ اضافے کے بغیر درجہ حرارت کو کم کرنے کی اجازت دیتی ہے۔
تقسیم ہیٹ ایکسچینجر کنفیگریشن۔گرمی کے بوجھ کو دو چھوٹے ہیٹ ایکسچینجرز کے درمیان تقسیم کرنے سے ہر یونٹ کو ایک بڑے یونٹ کے خلائی جرمانے کے بغیر چھوٹے نقطہ نظر کے درجہ حرارت پر کام کرنے کی اجازت ملتی ہے۔
سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ کے لئے تفصیلات کے پیرامیٹرز
سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ کے لیے PTFE ہیٹ ایکسچینجر کی وضاحت کرنے والے آلات کے انجینئرز کو فراہم کنندہ کے ساتھ درج ذیل پیرامیٹرز کی تصدیق کرنی چاہیے۔
عمل کا درجہ حرارت۔عمل کے درجہ حرارت اور رواداری کی وضاحت کریں۔
سروس سیال درجہ حرارت.سروس سیال کا درجہ حرارت اور دستیاب دباؤ کی وضاحت کریں۔
نقطہ نظر کا درجہ حرارت۔عمل رواداری اور سروس سیال کی دستیابی کی بنیاد پر نقطہ نظر کے درجہ حرارت کی وضاحت کریں۔
گرمی کا بوجھ اور سطح کا علاقہ۔گرمی کا بوجھ اور مطلوبہ سطح کے علاقے کی وضاحت کریں۔
حرارت کا بہاؤ۔دیوار کے درجہ حرارت کی حد کی بنیاد پر زیادہ سے زیادہ قابل اجازت حرارت کے بہاؤ کی وضاحت کریں۔
ٹیوب کی دیوار کی موٹائی۔حرارت کے بہاؤ اور قابل اجازت دیوار کے درجہ حرارت کی بنیاد پر ٹیوب کی دیوار کی موٹائی کی وضاحت کریں۔
ٹیوب مواد.دیوار کے درجہ حرارت اور لیچنگ کی شرح کی بنیاد پر ٹیوب کے مواد کی وضاحت کریں۔
طہارت کا تقاضہ۔دھاتی آئنوں، ذرات اور نامیاتی مرکبات کے لیے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت آلودگی کی سطح کی وضاحت کریں۔
جگہ کی پابندیاں۔دستیاب جگہ اور زیادہ سے زیادہ قابل اجازت نشان کی وضاحت کریں۔
عمل کی ضروریات کے مطابق نقطہ نظر کا درجہ حرارت
نقطہ نظر کا درجہ حرارت سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ کے لیے PTFE ہیٹ ایکسچینجر میں LMTD، مطلوبہ سطح کے رقبے اور ٹیوب کی دیوار کے درجہ حرارت کا تعین کرتا ہے۔ ایک چھوٹے نقطہ نظر کے درجہ حرارت کے لیے بڑے ہیٹ ایکسچینجر کی ضرورت ہوتی ہے لیکن یہ دیوار کا کم درجہ حرارت اور کم لیچنگ کی شرح فراہم کرتا ہے۔ ایک بڑا نقطہ نظر درجہ حرارت چھوٹے ہیٹ ایکسچینجر کی اجازت دیتا ہے لیکن دیوار کے درجہ حرارت اور لیچنگ کی شرح کو بڑھاتا ہے۔
نقطہ نظر کے درجہ حرارت کا انتخاب عمل کی رواداری، سروس سیال کی دستیابی، طہارت کی ضرورت، اور جگہ کی رکاوٹوں کی بنیاد پر کیا جانا چاہیے۔ گرمی کی منتقلی کے حساب کتاب اور لاگت کے اعداد و شمار کے ساتھ ایک سادہ سپریڈ شیٹ ماڈل بہترین نقطہ نظر کے درجہ حرارت کو منتخب کرنے کے لیے درکار معلومات فراہم کرتا ہے۔
PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے اختیارات کا جائزہ لینے والی سیمی کنڈکٹر گیلے پروسیسنگ کی سہولیات کے لیے، اپروچ کا درجہ حرارت پروکیورمنٹ دستاویزات میں بیان کیا جانا چاہیے اور کمیشننگ کے وقت اس کی تصدیق کی جانی چاہیے۔ مینوفیکچرر کی طرف سے فراہم کردہ ڈیفالٹ کنفیگریشن کو پاکیزگی کے بجائے کمپیکٹ پن کے لیے بہتر بنایا جا سکتا ہے، اور اس کے نتیجے میں دیوار کا درجہ حرارت انحطاط کی حد سے تجاوز کر سکتا ہے۔
آلات کے انجینئرز اور پروکیورمنٹ ماہرین سیمی کنڈکٹر ویٹ پروسیسنگ یا دیگر اعلی-پیوریٹی سروس کے لیے PTFE ہیٹ ایکسچینجر کی تفصیلات کا جائزہ لینے والے ڈیزائن کے جائزے کی درخواست کر سکتے ہیں جس میں عمل کا درجہ حرارت، سروس فلوئڈ کا درجہ حرارت، اپروچ ٹمپریچر، ہیٹ فلوکس، ٹیوب کی دیوار کی موٹائی، اور ٹیوب میٹریل کی تصدیق کی جا سکتی ہے تاکہ یہ تصدیق کی جا سکے کہ یونٹ اصل عمل کی ضروریات سے مطابقت رکھتا ہے۔
