वायु प्रदूषण नियंत्रण व ध्वनि: कण, गैसें, वाहन उत्सर्जन व ध्वनि
1. कण: मापन, अवसादन कक्ष, चक्रवात, मार्जक, वस्त्र निस्यंदक व ESP
परिवेशी कण गुरुत्वमितीय रूप से मापे जाते हैं: उच्च-आयतन प्रतिचयक निस्यंदक से वायु का ज्ञात आयतन खींचता है, और सांद्रता प्राप्त द्रव्यमान ÷ प्रतिचयित आयतन है; आकार-चयनात्मक प्रवेशिकाएँ (संघट्टक या चक्रवात) इसे PM₁₀ या PM₂.₅ प्रतिचयक बनाती हैं, और बीटा-क्षीणन मॉनिटर सतत पाठ्यांक देते हैं। चिमनी में नमूना समगतिक (आइसोकाइनेटिक) रूप से खींचना होता है, तुंड में वेग गैस वेग के बराबर: बहुत धीमा प्रतिचयन बड़े कणों को, जो अपसारी धारारेखाओं का अनुसरण नहीं कर पाते, अधिक प्रवेश देता है और सांद्रता अधिक दिखाता है, और बहुत तेज़ प्रतिचयन कम दिखाता है। नियंत्रण उपकरण कण आकार से चुने जाते हैं, और उनका प्रदर्शन आंशिक दक्षता वक्र है। श्रेणी में इकाइयाँ अपने भेदनों का गुणनफल पार करती हैं: η = 1 − (1 − η₁)(1 − η₂)।
गुरुत्वीय अवसादन कक्ष गैस को धीमा करता है ताकि कण अपने स्टोक्स वेग v_t = gρ_pd²/(18μ) पर बैठें। स्तरीय प्रवाह में कण η = v_tLW/Q (L व W कक्ष की लंबाई व चौड़ाई) दक्षता से पकड़ा जाता है, अतः 100% ग्रहण हेतु v_t ≥ Q/(LW) चाहिए और पूर्णतः एकत्रित सबसे छोटा कण d_min = √[18μQ/(gρ_pLW)] है — सामान्यतः दसियों माइक्रोमीटर, अतः कक्ष केवल पूर्व-शोधक हैं। चक्रवात गैस को घुमाकर कणों को दीवार पर फेंकता है; लैपल प्रतिरूप 50% दक्षता से एकत्रित कट व्यास d₅₀ = √[9μW/(2πN_ev_i(ρ_p − ρ_g))] देता है, W प्रवेश चौड़ाई, N_e प्रभावी घुमावों की संख्या व v_i प्रवेश वेग, और किसी भी आकार d हेतु दक्षता η = 1/[1 + (d₅₀/d)²] है। आर्द्र मार्जक (फुहार स्तंभ, वेंचुरी मार्जक) कणों को संघट्टन, अवरोधन व विसरण द्वारा बूँदों पर पकड़ते हैं; वेंचुरी दाब-पात की क़ीमत पर सूक्ष्म कणों पर उच्च दक्षता पाता है, गर्म, चिपचिपी या विस्फोटक धूल सँभालता है, और गैसें भी अवशोषित कर सकता है — पर अपशिष्ट जल बनाता है। वस्त्र निस्यंदक (बैगहाउस) गैस को बुने या नमदे के थैलों से छानते हैं, धूल-परत स्वयं बहुत छनाई करती है, और उप-माइक्रोमीटर आकारों तक 99% से अधिक दक्षता देते हैं; वे वायु-से-वस्त्र अनुपात (प्रति इकाई वस्त्र क्षेत्र गैस प्रवाह, शेकर व उत्क्रम-वायु सफ़ाई हेतु लगभग 0.5–2 m/min, पल्स-जेट हेतु अधिक) से आकारित होते हैं और गैस ताप व नमी से सीमित हैं। स्थिरवैद्युत अवक्षेपक (ESP) कणों को कोरोना में आवेशित कर संग्राहक पट्टिकाओं की ओर चलाते हैं; डॉयच–ऐंडरसन समीकरण η = 1 − exp(−wA/Q) देता है, w अपवाह वेग व A पट्टिका क्षेत्र। वे निम्न दाब-पात पर अत्यंत बड़े गैस प्रवाह सँभालते हैं पर धूल प्रतिरोधकता के प्रति संवेदी हैं: बहुत कम हो तो धूल पुनः उड़ती है, बहुत अधिक हो तो पश्च-कोरोना होता है।
| उपकरण | कहाँ तक उपयोगी | दाब-पात | मुख्य सीमा |
|---|---|---|---|
| अवसादन कक्ष | दसियों μm | अत्यल्प | बड़ा आकार; केवल मोटे कण |
| चक्रवात | लगभग 5–10 μm | मध्यम | सूक्ष्म कणों पर कमज़ोर |
| वेंचुरी मार्जक | लगभग 1 μm व कम | उच्च | ऊर्जा प्रयोग; अपशिष्ट जल |
| वस्त्र निस्यंदक | उप-माइक्रोमीटर | मध्यम | ताप, नमी, थैला घिसाव |
| ESP | उप-माइक्रोमीटर | निम्न | पूँजी लागत; धूल प्रतिरोधकता |
2. गैसीय प्रदूषक: मापन, अवशोषण, अधिशोषण, संघनन, दहन व द्रव्यमान स्थानांतरण
मानक मापन विधियाँ रासायनिक या यांत्रिक हैं: SO₂ वेस्ट–गेक (पैरारोज़ैनिलीन) वर्णमितीय विधि या UV प्रतिदीप्ति से; NO₂ संशोधित जैकब्स–होकहाइज़र विधि से या NOₓ रसायनदीप्ति से; CO अपरिक्षेपी अवरक्त से; ओज़ोन UV प्रकाशमिति से; हाइड्रोकार्बन ज्वाला आयनन से। अवशोषण घुलनशील गैस को पैक्ड या फुहार स्तंभ में द्रव में स्थानांतरित करता है, और यह अंतरापृष्ठीय द्रव्यमान स्थानांतरण से नियंत्रित है। फ़िक नियम विसरणी फ़्लक्स J = −D dC/dz देता है; द्वि-फ़िल्म प्रतिरूप में गैस को अंतरापृष्ठ पर पहले गैस फ़िल्म और फिर द्रव फ़िल्म से विसरित होना है, स्वयं अंतरापृष्ठ पर साम्य (हेनरी नियम) के साथ, अतः कुल प्रतिरोध योग 1/K_G = 1/k_G + H/k_L है। अति घुलनशील गैस (छोटा H, जैसे NH₃, HCl) गैस-फ़िल्म नियंत्रित है; अल्प घुलनशील (O₂, CO₂) द्रव-फ़िल्म नियंत्रित, इसीलिए वातन द्रव पृष्ठ का नवीकरण करने हेतु अभिकल्पित होता है।
अधिशोषण गैस अणुओं को सरंध्र ठोस के पृष्ठ पर रोकता है — कार्बनिक वाष्पों हेतु सक्रियित कार्बन, अन्यों हेतु ज़ियोलाइट व सिलिका जेल — और समतापियों से वर्णित होता है: फ़्रॉयंडलिक, q = KC^(1/n), और लैंगम्यूर, q = q_max KC/(1 + KC)। स्थिर तल प्रवेश से क्रमशः संतृप्त होता है, और संतृप्त अग्र जब निर्गम तक पहुँचता है तो बहिःस्राव सांद्रता बढ़ती है — भेदन (ब्रेकथ्रू) — जिसके बाद तल भाप या गर्म गैस से पुनर्जनित होता है। संघनन वाष्प को उसके ओसांक से नीचे ठंडा करता है; यह विलायक पुनः पाता है पर केवल उच्च सांद्रताओं पर मितव्ययी है, और प्रायः पूर्व-उपचार है। दहन कार्बनिकों व CO को CO₂ व जल में ऑक्सीकृत करता है: आपात उत्सर्जनों हेतु फ़्लेयर, पर्याप्त समय व विक्षोभ सहित उच्च ताप पर तापीय भस्मक ("तीन T"), और बहुत निम्न ताप पर उत्प्रेरकी भस्मक, जिसका उत्प्रेरक सीसा, सल्फ़र व फ़ॉस्फ़ोरस से विषाक्त होने योग्य है।
| प्रदूषक | निवारण | अंत-नलिका नियंत्रण |
|---|---|---|
| SOₓ | निम्न-सल्फ़र ईंधन; कोयला धुलाई; ईंधन परिवर्तन | फ़्लू-गैस विसल्फ़ुरीकरण: चूना-पत्थर घोल, SO₂ + CaCO₃ → CaSO₃ + CO₂, जिप्सम में ऑक्सीकृत; शुष्क अवशोषक अंतःक्षेपण |
| NOₓ | निम्न-NOₓ ज्वालक, चरणबद्ध दहन, फ़्लू-गैस पुनर्परिसंचरण, निम्न अतिरिक्त वायु | उत्प्रेरक पर NH₃ या यूरिया सहित SCR; उत्प्रेरक बिना उच्च ताप पर अंतःक्षेपण से SNCR |
| CO | पूर्ण दहन: पर्याप्त वायु, ताप व मिश्रण | उत्प्रेरकी ऑक्सीकरण |
| हाइड्रोकार्बन व VOC | वाष्प पुनर्प्राप्ति, सीलबंद भंडारण, विलायक प्रतिस्थापन | अधिशोषण, संघनन, तापीय या उत्प्रेरकी भस्मीकरण |
3. वाहन उत्सर्जन नियंत्रण: उत्प्रेरक परिवर्तक, डीज़ल कण निस्यंदक व ईंधन मानक
पेट्रोल इंजन का निकास CO, अदग्ध हाइड्रोकार्बन व NOₓ ले जाता है। त्रि-मार्गी उत्प्रेरक परिवर्तक — सिरैमिक मधुकोश पर प्लैटिनम, पैलेडियम व रोडियम — एक साथ CO व HC को ऑक्सीकृत और NOₓ को अपचित करता है, पर केवल रससमीकरणमितीय वायु–ईंधन अनुपात (पेट्रोल हेतु द्रव्यमान से लगभग 14.7 : 1) के आसपास संकीर्ण खिड़की में, जिसे ऑक्सीजन (लैम्डा) संवेदक पुनर्निवेश से बनाए रखता है। विरल संचालन NOₓ को अनपचित छोड़ेगा; समृद्ध संचालन CO व HC को अनॉक्सीकृत। सीसायुक्त ईंधन उत्प्रेरक को विषाक्त करता है, जो एक कारण है कि सीसारहित पेट्रोल पहले आना पड़ा। डीज़ल इंजन विरल चलता है, अतः त्रि-मार्गी उत्प्रेरक उसका NOₓ अपचित नहीं कर सकता: वह CO व HC हेतु डीज़ल ऑक्सीकरण उत्प्रेरक, डीज़ल कण निस्यंदक (DPF) — दीवार-प्रवाह सिरैमिक एकाश्म जो कालिख पकड़ता है और उसे जलाकर समय-समय पर पुनर्जनित होता है — और NOₓ हेतु यूरिया विलयन सहित चयनात्मक उत्प्रेरकी अपचयन प्रयोग करता है, प्रायः दहन ताप घटाने हेतु निकास गैस पुनर्परिसंचरण के साथ। ईंधन मानक इन उपकरणों को संभव बनाते हैं: सल्फ़र उत्प्रेरकों को विषाक्त करता है और सल्फ़ेट कण बनाता है, अतः प्रत्येक उत्सर्जन चरण के साथ निम्न-सल्फ़र ईंधन जोड़ा जाता है। भारत के भारत स्टेज मानक देशव्यापी रूप से BS-IV से सीधे 1 अप्रैल 2020 को BS-VI पर गए, BS-V को छोड़ते हुए; BS-VI ईंधन में अधिकतम 10 ppm सल्फ़र है, और यह चरण व्यवहार में डीज़ल वाहनों पर DPF व SCR अपेक्षित करता है।
4. ध्वनि: स्रोत, प्रभाव, मानक, SPL, L_eq, L_dn, आवृत्ति विश्लेषण व नियंत्रण
ध्वनि अवांछित शब्द है, सड़क, रेल व वायु यातायात, उद्योग व निर्माण, लाउडस्पीकरों व जनित्रों से। कान लगभग दस लाख से एक के परास पर दाब के प्रति अनुक्रिया करता है, अतः ध्वनि लघुगणकीय पैमाने पर मापी जाती है। ध्वनि दाब स्तर L_p = 20 log₁₀(p/p₀) है, p₀ = 20 μPa, श्रवण देहली; तीव्रता स्तर L_I = 10 log₁₀(I/I₀) है, I₀ = 10⁻¹² W/m²। अतः स्तर लघुगणकीय रूप से जुड़ते हैं: L_total = 10 log₁₀ Σ10^(L_i/10), अतः दो समान स्रोत एक से 3 dB अधिक ऊँचे हैं, और दूसरे से 10 dB धीमा स्रोत केवल 0.4 dB जोड़ता है। खुले में बिंदु स्रोत 20 log(r₂/r₁) से घटता है — दूरी दोगुनी होने पर 6 dB — और व्यस्त सड़क जैसा रेखा स्रोत 10 log(r₂/r₁) से, दोगुनी दूरी पर 3 dB।
उतार-चढ़ाव वाला स्तर तुल्य सतत स्तर से सारांशित होता है, समान ऊर्जा वाला स्थिर स्तर: L_eq = 10 log₁₀[(1/T)Σt_i 10^(L_i/10)]। दिवा–रात्रि स्तर L_dn रात के नौ घंटों (22:00–07:00) में 10 dB दंड जोड़ता है, L_dn = 10 log₁₀{(1/24)[15 × 10^(L_d/10) + 9 × 10^((L_n + 10)/10)]}। सांख्यिकीय स्तर L₁₀, L₅₀ व L₉₀ वे स्तर हैं जो 10, 50 व 90% समय पार होते हैं — L₉₀ पृष्ठभूमि है, L₁₀ घुसपैठी शिखर। मापन ध्वनि स्तर मीटर से A-भारण फ़िल्टर द्वारा होता है, जो निम्न आवृत्तियों पर कान की कम संवेदनशीलता का अनुसरण करता है, dB(A) देते हुए। आवृत्ति विश्लेषण ध्वनि को अष्टक बैंडों (प्रत्येक बैंड की ऊपरी सीमा निचली की दोगुनी, केंद्र आवृत्तियाँ 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 व 8000 Hz) या एक-तिहाई-अष्टक बैंडों में बाँटता है, यह ज्ञात करने हेतु कि कौन-सी आवृत्तियाँ प्रमुख हैं और नियंत्रण चुनने हेतु। स्वास्थ्य प्रभाव चिढ़, वाक्-व्यवधान व निद्रा-बाधा से, बढ़े रक्तचाप व तनाव से होकर, अस्थायी देहली विस्थापन व स्थायी ध्वनि-जनित श्रवण हानि तक जाते हैं, जो सामान्यतः पहले 4 kHz के निकट श्रवण में गर्त के रूप में दिखती है। भारत के ध्वनि प्रदूषण (विनियमन व नियंत्रण) नियम, 2000 dB(A) L_eq में परिवेशी सीमाएँ तय करते हैं: औद्योगिक क्षेत्रों हेतु 75 (दिन) व 70 (रात), वाणिज्यिक हेतु 65 व 55, आवासीय हेतु 55 व 45, और शांत क्षेत्रों हेतु 50 व 40।
नियंत्रण स्रोत–मार्ग–ग्राही शृंखला का अनुसरण करता है। स्रोत पर: शांत अभिकल्प व रखरखाव, संतुलन व कंपन पृथक्करण, प्रवेश व निकास पर मफ़लर व साइलेंसर, और संघट्ट प्रक्रियाओं का प्रतिस्थापन। मार्ग पर: दूरी, दृष्टि-रेखा रोकने वाले अवरोध व मिट्टी की मेड़ें (उच्च आवृत्तियों पर सबसे प्रभावी, जिनकी छोटी तरंगदैर्ध्य शीर्ष पर कम विवर्तित होती है), आवरण व अनुरणन घटाने वाले ध्वनिक अवशोषक अस्तर; एकल दीवार का पारगमन ह्रास उसके प्रति इकाई क्षेत्र द्रव्यमान या आवृत्ति के प्रत्येक दोगुने पर लगभग 6 dB बढ़ता है (द्रव्यमान नियम)। ग्राही पर: कर्ण-प्लग व मफ़, ध्वनिक केबिन, और अनावरण समय सीमित करना। भूमि-उपयोग नियोजन — आवास को राजमार्गों, हवाई अड्डों व उद्योग से दूर रखना — सबसे सस्ता शमन है।
मुख्य बिंदु
- चिमनी प्रतिचयन समगतिक होना चाहिए; श्रेणी की इकाइयाँ भेदनों का गुणनफल पार करती हैं। अवसादन कक्ष η = v_tLW/Q; लैपल d₅₀ = √[9μW/(2πN_ev_iρ_p)], η = 1/[1 + (d₅₀/d)²]; ESP η = 1 − exp(−wA/Q); बैगहाउस वायु-से-वस्त्र अनुपात से आकारित।
- फ़िक J = −D dC/dz; द्वि-फ़िल्म 1/K_G = 1/k_G + H/k_L, घुलनशील गैसें गैस-फ़िल्म नियंत्रित; फ़्रॉयंडलिक q = KC^(1/n); भस्मकों को समय, ताप व विक्षोभ चाहिए।
- चूना-पत्थर FGD से SO₂ (रससमीकरणमिति पर द्रव्यमान से CaCO₃/SO₂ = 100/64); दहन संशोधन, SCR व SNCR से NOₓ; पूर्ण दहन व ऑक्सीकरण उत्प्रेरकों से CO व HC।
- त्रि-मार्गी उत्प्रेरक केवल रससमीकरणमितीय वायु–ईंधन अनुपात के निकट कार्य करता है; डीज़लों को ऑक्सीकरण उत्प्रेरक, DPF व SCR चाहिए; भारत 1 अप्रैल 2020 को 10 ppm सल्फ़र ईंधन सहित BS-VI पर गया।
- L_p = 20 log(p/20 μPa); स्तर 10 log Σ10^(L/10) से जुड़ते हैं; बिंदु स्रोत दूरी दोगुनी पर −6 dB; L_eq ऊर्जा औसत है; L_dn रात में 10 dB जोड़ता है; आवासीय सीमाएँ 55/45 dB(A)।
अभ्यास प्रश्न (20)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
80% दक्षता वाले चक्रवात के बाद 98% दक्षता वाला वस्त्र निस्यंदक है। युग्म की कुल संग्रह दक्षता, प्रतिशत में, क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 99.6
भेदन गुणा होते हैं: (1 − 0.80)(1 − 0.98) = 0.2 × 0.02 = 0.004, अतः η = 99.6%। दक्षताओं को जोड़ना (178%) या उनका औसत (89%) अर्थहीन है।10 m लंबा व 2 m चौड़ा एक अवसादन कक्ष 2500 kg/m³ घनत्व की धूल ले जाती 5 m³/s वायु (μ = 1.8 × 10⁻⁵ Pa·s) उपचारित करता है। स्तरीय प्रवाह व स्टोक्स नियम मानकर 100% दक्षता से एकत्रित सबसे छोटा कण, μm में, क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें। (g = 9.81 m/s²)
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 57.5
पूर्ण ग्रहण हेतु v_t = Q/(LW) = 5/20 = 0.25 m/s चाहिए। स्टोक्स से d = √(18μv_t/(gρ_p)) = √(18 × 1.8 × 10⁻⁵ × 0.25/(9.81 × 2500)) = √(3.303 × 10⁻⁹) = 5.75 × 10⁻⁵ m = 57.5 μm। कक्ष ऊँचाई कट जाती है, जैसे जल अवसादन टंकी में गहराई।पिछले प्रश्न के कक्ष (L = 10 m, W = 2 m, Q = 5 m³/s, ρ_p = 2500 kg/m³, μ = 1.8 × 10⁻⁵ Pa·s) में 30 μm कणों हेतु संग्रह दक्षता, प्रतिशत में, क्या है? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या तक दें। (g = 9.81 m/s²)
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 27
v_t = gρ_pd²/(18μ) = 9.81 × 2500 × (3 × 10⁻⁵)²/(18 × 1.8 × 10⁻⁵) = 0.0681 m/s। η = v_tLW/Q = 0.0681 × 20/5 = 0.272, अर्थात 27%। लघुमार्ग (30/57.5)² = 0.272 वही देता है, क्योंकि दक्षता d² के अनुसार है।किसी चक्रवात की प्रवेश चौड़ाई 0.25 m, छह प्रभावी घुमाव व प्रवेश वेग 15 m/s है, और वह 2000 kg/m³ घनत्व के कण ले जाती वायु (μ = 1.8 × 10⁻⁵ Pa·s) उपचारित करता है। गैस घनत्व उपेक्षित करते हुए लैपल का कट व्यास, μm में, क्या है? उत्तर दो दशमलव स्थानों तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 5.98
d₅₀ = √[9μW/(2πN_ev_iρ_p)] = √[9 × 1.8 × 10⁻⁵ × 0.25/(2π × 6 × 15 × 2000)] = √(4.05 × 10⁻⁵/1.131 × 10⁶) = √(3.581 × 10⁻¹¹) = 5.98 × 10⁻⁶ m = 5.98 μm। इस आकार के कण आधी बार पकड़े जाते हैं; 10 μm कण 1/[1 + (0.598)²] = 74% से पकड़ा जाएगा।किसी चक्रवात का कट व्यास 5 μm है। लैपल दक्षता वक्र से वह 10 μm कणों का कितना अंश एकत्र करता है, प्रतिशत में?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 80
η = 1/[1 + (d₅₀/d)²] = 1/[1 + (5/10)²] = 1/1.25 = 0.8, अर्थात 80%। कोष्ठक में d/d₅₀ लेने से 1/(1 + 4) = 20% मिलता है, वह दक्षता जो वक्र कट आकार के आधे कण को देगा।किसी स्थिरवैद्युत अवक्षेपक में 5000 m² संग्राहक पट्टिका है और वह 200 m³/s फ़्लू गैस उपचारित करता है; कण अपवाह वेग 0.1 m/s है। डॉयच–ऐंडरसन समीकरण से उसकी संग्रह दक्षता, प्रतिशत में, क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 91.8
η = 1 − exp(−wA/Q) = 1 − exp(−0.1 × 5000/200) = 1 − e^(−2.5) = 1 − 0.0821 = 0.918, अर्थात 91.8%। रैखिक रूप wA/Q = 2.5, 100% से अधिक सुझाएगा, इसीलिए चरघातांकी नियम आवश्यक है।किसी ESP को 0.08 m/s अपवाह वेग के साथ 100 m³/s गैस से 99% धूल हटानी है। कितना पट्टिका क्षेत्र आवश्यक है, m² में? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 5756
A = −(Q/w) ln(1 − η) = −(100/0.08) ln(0.01) = 1250 × 4.605 = 5756 m²। दक्षता 99% से 99.9% करने हेतु 1250 × 6.908 = 8635 m² चाहिए — प्रत्येक अतिरिक्त "नौ" समान अतिरिक्त क्षेत्र माँगता है।कोई बैगहाउस 1.5 m/min वायु-से-वस्त्र अनुपात पर 600 m³/min गैस उपचारित करता है, 0.2 m व्यास व 5 m लंबे थैलों से। कितने थैले आवश्यक हैं?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 128
वस्त्र क्षेत्र = Q/(A/C) = 600/1.5 = 400 m²। प्रत्येक थैला πdL = π × 0.2 × 5 = 3.1416 m² देता है, अतः 400/3.1416 = 127.3, ऊपर पूर्णांकित 128 थैले। 127 तक नीचे पूर्णांकित करना निस्यंदक को उसके अभिकल्प वायु-से-वस्त्र अनुपात से ऊपर चलाएगा।चिमनी प्रतिचयन में, चिमनी-गैस वेग से कम वेग पर नमूना खींचना (उप-समगतिक प्रतिचयन):
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उत्तर: A — कण सांद्रता अधिक आँकेगा, क्योंकि अतिरिक्त बड़े कण तुंड में प्रवेश करते हैं
जब तुंड गैस से धीमा खींचता है, धारारेखाएँ उसके चारों ओर अपसरित होती हैं; गैस घूमकर जाती है पर बड़े, जड़त्वीय कण सीधे भीतर चलते रहते हैं। नमूना बड़े कणों से समृद्ध होता है और मापी सांद्रता बहुत अधिक आती है। अति-समगतिक प्रतिचयन उलटा करता है। गैसें धारारेखाओं का अनुसरण करती हैं, अतः अप्रभावित रहती हैं।कोई सक्रियित कार्बन K = 20 व 1/n = 0.5 (q mg/g में, C mg/m³ में) के साथ फ़्रॉयंडलिक समतापी q = KC^(1/n) का पालन करता है। C = 16 mg/m³ पर उसका साम्य भारण, mg/g में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 80
q = 20 × 16^0.5 = 20 × 4 = 80 mg/g। चूँकि 1/n < 1, भारण सांद्रता के साथ अनुपात से कम बढ़ता है: C चौगुना करने पर q केवल दोगुना होता है।कोई चूना-पत्थर मार्जक 1.1 के Ca/S रससमीकरणमितीय अनुपात पर चलता है। हटाए गए प्रति kg SO₂ हेतु कितना CaCO₃ चाहिए, kg में? उत्तर दो दशमलव स्थानों तक दें। (CaCO₃ = 100, SO₂ = 64)
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 1.72
SO₂ + CaCO₃ → CaSO₃ + CO₂: प्रत्येक का एक मोल, अतः रससमीकरणमिति पर प्रति kg SO₂ 100/64 = 1.5625 kg CaCO₃; × 1.1 = 1.72 kg। सल्फ़र (32) का अनुपात लेना दोगुना देता है और S को SO₂ से भ्रमित करता है।2 × 10⁻⁵ m²/s विसरणशीलता वाली गैस 0.01 m मोटी स्थिर फ़िल्म के आर-पार 0.5 mol/m³ सांद्रता अंतर के साथ विसरित होती है। फ़िक नियम से स्थिर विसरणी फ़्लक्स, mol/(m²·s) में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.001
J = D ΔC/Δz = 2 × 10⁻⁵ × 0.5/0.01 = 1 × 10⁻³ mol/(m²·s)। द्वि-फ़िल्म प्रतिरूप में यह श्रेणी के दो प्रतिरोधों में से एक है; प्रबल विक्षोभ से फ़िल्म मोटाई आधी करना फ़्लक्स दोगुना करता है। उत्तर 0.001 के रूप में दर्ज करें।गैसीय प्रदूषक नियंत्रण के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — NH₃ जैसी अति घुलनशील गैस का अवशोषण गैस-फ़िल्म नियंत्रित है; B — NOₓ का चयनात्मक उत्प्रेरकी अपचयन अपचायक के रूप में अमोनिया या यूरिया प्रयोग करता है; D — अधिशोषक में भेदन तब होता है जब संतृप्त क्षेत्र तल-निर्गम तक पहुँचे
(a) छोटे हेनरी स्थिरांक के साथ द्रव-पक्ष प्रतिरोध H/k_L नगण्य है। (b) SCR उत्प्रेरक पर NH₃ से NOₓ को N₂ में अपचित करता है। (d) भेदन की परिभाषा है। (c) असत्य है: उत्प्रेरक ठीक इसीलिए है कि ऑक्सीकरण बहुत निम्न ताप पर हो सके, ईंधन बचाते हुए।डीज़ल इंजन से NOₓ नियंत्रित करने हेतु त्रि-मार्गी उत्प्रेरक परिवर्तक मुख्यतः क्यों प्रयुक्त नहीं हो सकता?
उत्तर देखें
उत्तर: A — डीज़ल निकास में अतिरिक्त ऑक्सीजन है, अतः NOₓ अपचित नहीं होता
डीज़ल सदा विरल चलता है। त्रि-मार्गी उत्प्रेरक में NOₓ निकास के CO व हाइड्रोकार्बनों से अपचित होता है, और अतिरिक्त ऑक्सीजन होने पर वे अपचायक पहले ऑक्सीकृत हो जाते हैं, अतः NOₓ पार हो जाता है। अतः डीज़ल NOₓ हेतु यूरिया सहित SCR, CO व HC हेतु ऑक्सीकरण उत्प्रेरक, और कालिख हेतु DPF प्रयोग करते हैं।तीन मशीनें अलग-अलग चलने पर किसी बिंदु पर 85, 88 व 90 dB उत्पन्न करती हैं। तीनों साथ चलने पर संयुक्त ध्वनि दाब स्तर, dB में, क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 92.9
L = 10 log(10^8.5 + 10^8.8 + 10^9.0) = 10 log(3.162 × 10⁸ + 6.310 × 10⁸ + 10 × 10⁸) = 10 log(1.947 × 10⁹) = 92.9 dB। संख्याएँ जोड़ना (263 dB) या औसत (87.7 dB) लघुगणकीय पैमाने को रैखिक मानता है।एक कर्मी 8-घंटे की पाली में 4 घंटे 80 dB(A) व 4 घंटे 70 dB(A) के अनावरण में है। पाली पर तुल्य सतत स्तर L_eq, dB(A) में, क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 77.4
L_eq = 10 log[(1/8)(4 × 10⁸ + 4 × 10⁷)] = 10 log(5.5 × 10⁷) = 77.4 dB(A)। समांतर माध्य, 75, ऊँचे आधे को कम भार देता है, जो दस गुना ऊर्जा रखता है।किसी आवासीय स्थल का L_eq दिन के 15 घंटों में 60 dB(A) व रात के 9 घंटों (22:00–07:00) में 50 dB(A) है। उसका दिवा–रात्रि स्तर L_dn, dB(A) में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 60
रात्रि स्तर 10 dB दंडित होकर 60 होता है। L_dn = 10 log{(1/24)[15 × 10⁶ + 9 × 10^((50 + 10)/10)]} = 10 log[(15 × 10⁶ + 9 × 10⁶)/24] = 10 log(10⁶) = 60 dB(A)। दंड बिना 24-घंटे L_eq 10 log[(15 × 10⁶ + 9 × 10⁵)/24] = 58.2 dB(A) होगा।एक छोटी मशीन, खुले में बिंदु स्रोत की भाँति विकिरित करती, 1 m पर 90 dB देती है। 8 m पर स्तर, dB में, क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 71.9
L₂ = L₁ − 20 log(r₂/r₁) = 90 − 20 log 8 = 90 − 18.06 = 71.9 dB — दूरी के तीनों दोगुनों में से प्रत्येक पर 6 dB। रेखा-स्रोत नियम, 10 log 8 = 9 dB, 81 dB देगा।2 Pa rms दाब वाली ध्वनि का ध्वनि दाब स्तर, dB में, क्या है? (संदर्भ दाब 20 μPa)
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 100
L_p = 20 log(p/p₀) = 20 log(2/(2 × 10⁻⁵)) = 20 log 10⁵ = 100 dB। दाब अनुपात हेतु 10 log लेने से 50 dB मिलता है; गुणक 20 इसलिए है कि तीव्रता दाब के वर्ग के अनुसार है।ध्वनि के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — A-भारण कान की संवेदनशीलता से मेल हेतु निम्न आवृत्तियों का योगदान घटाता है; B — ध्वनि-जनित श्रवण हानि सामान्यतः पहले 4 kHz के निकट गर्त के रूप में दिखती है; D — भारत में शांत क्षेत्र हेतु परिवेशी सीमा आवासीय क्षेत्र से कम है
(a) A-भारण कान की कम निम्न-आवृत्ति संवेदनशीलता का अनुसरण करता है। (b) 4 kHz गर्त पारंपरिक श्रव्यता-आलेख चिह्न है। (d) शांत क्षेत्र 50/40 dB(A) हैं, आवासीय क्षेत्रों के 55/45 के विरुद्ध। (c) असत्य है: लंबी निम्न-आवृत्ति तरंगें अवरोध के ऊपर सरलता से विवर्तित होती हैं, अतः अवरोध उच्च आवृत्तियों पर सबसे अच्छा कार्य करते हैं।