एकक प्रक्रिया व एकक क्रिया

आधुनिक उद्योग धंद्यात कच्च्या मालापासून अखेरचा पक्का माल बनविताना अनेक क्रिया केल्या जातात. त्या क्रियांपैकी काही क्रिया रासायनिक विक्रिया असतात, त्यांना एकक प्रक्रिया म्हणतात. इतर भौतिक असतात, त्यांना एकक क्रिया म्हणतात.

एकक प्रक्रिया : जी रासायनिक विक्रिया काहीविशिष्ट परिस्थितीत घडवून आणली  असता उत्पादन फायदेशीर होते ती एकक प्रक्रिया, अशी आर्. एन्. श्रीव्ह यांनी एकक प्रक्रियेची व्याख्या केली आहे.

कच्च्या मालापासून पक्का माल तयार करताना कच्च्या मालावर काही विशिष्ट क्रमाने क्रिया कराव्या लागतात. त्या सर्व अनुक्रमाने ज्याच्यात दाखविलेल्या आहेत अशा रेखाचित्राला अनुक्रम तक्ता म्हणतात. अनुक्रम तक्त्यामधील काही क्रिया एकक क्रिया व काही एकक प्रक्रिया असतात.

एकक प्रक्रियांना एकक रासायनिक परिवर्तन किंवा रूपांतर क्रिया असेही म्हणतात. त्या अशा रीतीने व अशा परिस्थितीत घडवून आणाव्या लागतात की, इष्ट पक्क्या मालाचे उत्पादन फायदेशीर ठरेल. म्हणून एकक प्रक्रियांचा विचार करताना रसायनशास्त्राच्या मौलिक सिद्धांतांची विशेषतः  रासायनिक समतोल (रासायनिक विक्रियेमध्ये डावीकडून उजवीकडे होणारी विक्रिया व उजवीकडून डावीकडे होणारी विक्रिया यांचा वेग सारखा होणे) व रासायनिक गतिकी (रासायनिक विक्रियांच्या वेगाचा अभ्यास करणारे शास्त्र) यांची सखोल माहिती असावी लागते व कोणते उपकरण कोणत्या परिस्थितीत वापरले असता इष्ट विक्रिया सुलभपणे घडून येईल हे ठरवावे लागते. कित्येक विक्रिया उत्प्रेरकांच्या (विक्रियेत भाग न घेता तिची गती वाढविणाऱ्या पदार्थांच्या) साहाय्याने किंवा त्यांच्या उपस्थितीतच घडून येतात म्हणून उत्प्रेरकांविषयी व त्यांच्या कार्याविषयी चांगली माहिती असावी लागते.

एकक प्रक्रियांची संख्या बरीच मोठी भरेल. त्यांपैकी काही प्रमुख प्रक्रियांची नावे पुढे दिली आहेत : अल्किलीकरण, अ‍ॅरोमॅटीकरण, ऑक्सिडीकरण [ ऑक्सिडीभवन], उत्ताप विच्छेदन, उदासिनीकरण, एस्टरीकरण किण्वन, जलसंधान, ज्वलन, डायझोटीकरण, नायट्रीकरण, बहुवारिकीकरण, भाजणे, विद्युत् विच्छेदन [ विद्युत् रसायनशास्त्र] संघनन, सल्फॉनीकरण, हॅलोजनीकरण, हायड्रोजनीकरण, क्षपण. यांपैकी ऑक्सिडीकरण व विद्युत् विच्छेदन यांच्याखेरीज सर्व प्रक्रियांसंबंधी त्या त्या शीर्षकांखाली विश्वकोशात स्वतंत्र नोंदी दिलेल्या आहेत.

या एकक प्रक्रिया उद्योगधंद्यांत मोठ्या प्रमाणात व फायदेशीर रीतीने वापरल्या जातात. उदा., सोडियम, मॅग्नेशियम, अ‍ॅल्युमिनियम या धातूंच्या व दाहक (कॉस्टिक) सोडा आणि क्लोरीन यांच्या उत्पादनात विद्युत् विच्छेदन (विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने विघटन करण्याच्या) पद्धती वापरल्या जातात. रेयॉनाच्या निर्मितीत एस्टरीकरणाचा उपयोग केला जातो. रबर व खनिजतेलाच्या उद्योगात बहुवारिकीकरणाची (अनेक रेणू एकत्र करून त्यापासून जटिल रेणू तयार करण्याची) प्रक्रिया वापरली जाते. एथिल अल्कोहॉल व पिण्याची मद्ये यांच्या निर्मितीत किण्वनाचा (सूक्ष्मजंतूंच्याद्वारे होणार्‍या विघटन क्रियेचा, आंबविण्याच्या क्रियेचा) उपयोग केला जातो. रबर व खनिज तेलाच्या उद्योगाच बहुवारिकीकरणाची (अनेक रेणू एकत्र करून त्यापासून जटिल रेणू तयार करण्याची) प्रक्रिया वापरली जाते.  एथिल अल्कोहॉल व पिण्याची मद्ये यांच्या निर्मितीत किण्वनाचा (सूक्ष्मजंतूंच्याद्वारे होणाऱ्या विघटन क्रियेचा, आंबविण्याच्या क्रियेचा) उपयोग केला जातो.

एकक क्रिया : रासायनिक उद्योगांचे शेकडो प्रकार आहेत व त्या प्रत्येकात कच्च्या मालापासून पक्का माल तयार करताना निरनिराळ्या प्रकारच्या क्रिया वापराव्या लागतात. त्या क्रियांपैकी कित्येक अशा आहेत की, ज्या अनेक धंद्यांत वापराव्या लागतात. उदा., ऊर्ध्वपातनाची क्रिया ही खनिजे तेलाचे परिष्करण (शुद्धीकरण) करण्यात, अल्कोहॉलाच्या निर्मितीत, वायूंचे द्रवीकरण करण्यासाठी व इतर अनेक उद्योग धंद्यांत वापरली जाते. विद्राव गाळणे, मोठ्या आकारमानाच्या वस्तूंचे बारीक तुकडे किंवा कण करणे, चाळण्या वापरून लहान मोठ्या आकारमानाचे तुकडे अलग अलग करणे, ओल्या वस्तू सुकविणे किंवा गढूळ पाणी किंवा विद्राव निवळ करून घेणे या क्रियाही अनेक उद्योगांत वापरल्या जातात व त्यांना एकक क्रिया म्हणतात. एकक क्रियांचे अनेक प्रकार आहेत. त्यांपैकी मुख्य अशा क्रियांचे कोष्टक बाजूला दिलेले आहे.

एकक क्रियेचे नाव

कार्य

*(१) मिश्रण व ढवळणे

द्रव, घन व वायू यांचे समांग (एकसारखा) विद्राव तयार करणे.

* (२) गाळण, गालन

द्रव किंवा वायुरूप पदार्थातील घन कण वेगळे काढणे.

* (३) अवसादन

गढूळ पाण्यातील किंवा इतर द्रव्यातील घन पदार्थ एकत्र गोळा करणे.

(४) वर्गीकरण

घन पदार्थाच्या कणांची आकारमानाप्रमाणे व विशिष्ट गुरूत्वाप्रमाणे वर्गवारी करणे

* (५) केंद्रोत्सारण

द्रवातील घन पदार्थ किंवा द्रवातील द्रव पदार्थ केंद्रोत्सारणाने (केंद्रापासून दूर ढकलणाऱ्या प्रेरणेने) वेगळे करणे.

* (६) शुष्कीकरण

घन पदार्थातील आर्द्रता किंवा एखादा द्रव काढून टाकणे.

(७) उकळणे,बाष्पन

द्रव उकळून विद्राव संहत करणे (विरघळविलेल्या पदार्थाचे प्रमाण वाढविणे) किंवा त्याच्यातील घन पदार्थ वेगळे करणे.

* (८) ऊर्ध्वपातन

निरनिराळ्या द्रव पदार्थांच्या मिश्रणाचे बाष्पन करून त्यांतील द्रव वेगळे काढणे.

(९) निक्षालन

घन पदार्थातील विद्राव्य पदार्थाचा विद्राव करून घेऊन ते वेगळे काढणे.

* (१०) वायु-शोषण

एखाद्या मिश्रणातील विद्राव्य वायू एखाद्या द्रवाने शोषून घेऊन, तो अविद्राव्य वायूपासून वेगळा करणे.

* (११) अधिशोषण

एखाद्या द्रवातील किंवा वायूतील काही द्रव्ये एखाद्या घन पदार्थाच्या पृष्ठभागावर शोषून घेऊन काढून घेणे.

* (१२) आयन-विनिमय

विक्रियाशील घन पदार्थाच्या साहाय्याने एखाद्या विद्रावातील काही आयन (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट) विनिमयाने काढून घेणे.

* (१३) चाळणे

निरनिराळ्या चाळण्या वापरून घन कणांची आकारमानास अनुसरून वर्गवारी करणे.

* (१४) आकारमान लघुकरण

मोठ्या घन पदार्थाचे अधिक लहान आकारमानाचे तुकडे किंवा कण करणे.

(१५) वस्तूंची ने-आण

घन किंवा द्रव पदार्थ हाताळणे,त्यांची ने-आण करणे व ते साठवणे

कोष्टकातील * असे चिन्ह केलेल्या एकक क्रियांवर विश्वकोशात स्वतंत्र नोंदी आहेत. एखाद्या एकक क्रियेचे स्वरूप सारखेच असले, तरी निरनिराळ्या कामांसाठी वापरलेल्या क्रियांच्या तपशीलात व उपकरणांत भेद असतो. उदा., अल्कोहॉलाच्या व खनिज तेलाच्या ऊर्ध्वपातनासाठी निरनिराळी उपकरणे वापरावी लागतात. कोणतीही एकक क्रिया अत्यंत कमी वेळात, कमी खर्चात व जास्तीत जास्त कार्यक्षम रीतीने कशी करता येईल, याचा विचार करून क्रियेची कार्यपद्धती व उपकरणे निवडावी लागतात. हे करताना सैद्धांतिक गोष्टींचा आधार घ्यावा लागतो. विशेषतः द्रायुयामिकी (प्रेरणांची वस्तूंवर होणारी क्रिया व त्यामुळे निर्माण होणारी गती यांचा अभ्यास करणाऱ्या शास्त्राची म्हणजे यामिकीची, द्रव व वायू यांचे विशेष गुणधर्म विचारात घेणारी शाखा), उष्णता संक्रमण (उष्णतेचे वहन) व द्रव्य संक्रमण (द्रव्याचे स्थानांतरण) या विज्ञानशाखांतील सिद्धांतांचा उपयोग, एकक क्रियेचा तपशील म्हणजे कार्यपद्धती ठरविणे व उपकरणे निवडणे यांसाठी होतो. अशा तर्‍हेने विचार करून निरनिराळ्या उद्योगधंद्यांत लागणारी दलित्रे (दळण्याची उपकरणे), मिश्रक (मिसळण्याची उपकरणे), शोषक व केंद्रोत्सारी यंत्रे व ऊर्ध्वपातन स्तंभही तयार करण्यात आलेली आहेत.

एकक प्रक्रिया व एकक क्रिया या रासायनिक अभियांत्रिकीतील मौलिक कल्पना आहेत. आर्. एन्. श्रीव्ह यांनी रासायनिक अभियांत्रिकीची व्याख्या पुढील समीकरणाने दाखविली आहे.

रासायनिक अभियांत्रिकी = एकक प्रक्रिया (रासायनिक बदल) + एकक क्रिया (भौतिक बदल).

संदर्भ : 1. McCabe, W. L.; Smith, J. C. Unit Operations of Chemical Engineering, Tokyo, 1956.

2. Perry, J. H. Ed., Chemical Engineers Handbook, Tokyo, 1950.

3. Shreve, R. N. Chemical Process Industries, Tokyo, 1956.

लेखक : ज.र.देशपांडे

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश