પ્રવાહી–પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ (liquid-liquid extraction)

પ્રવાહી–પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ (liquid-liquid extraction) : એકબીજામાં લગભગ અદ્રાવ્ય (અમિય) એવી બે પ્રવાહી પ્રાવસ્થાને એકબીજાના ઘનિષ્ઠ સંપર્કમાં લાવી એકમાં ઓગળેલા પદાર્થને અલગ કરવાની દ્રવ્યમાન સ્થાનાંતરણવિધિ (mass transfer operation). આ પદ્ધતિ રાસાયણિક વિભવના તફાવત ઉપર આધારિત હોવાથી તે અણુના આમાપ (size) કરતાં તેના રાસાયણિક પ્રકાર પ્રત્યે વધુ સંવેદી છે. આ વિધિમાં ત્રિઘટકીય પ્રણાલીનો સમાવેશ થાય : પ્રવાહી A, પ્રવાહી B અને દ્રાવ્ય C. ભરણ (feed) એ દ્રાવ્ય Cનું પ્રવાહી Aમાં લીધેલું દ્રાવણ છે. તેને સંસ્પર્શક (contacting) પ્રયુક્તિ (device) દ્વારા દ્રાવક Bના સંપર્કમાં લાવવામાં આવે છે. મિશ્રણને ખૂબ હલાવવાથી A અને B વચ્ચે ઘનિષ્ઠ સંપર્ક સધાય છે અને દ્રાવક B દ્રાવ્ય Cને પોતાનામાં ઓગાળે છે. A અને B એકબીજામાં અદ્રાવ્ય અથવા સીમિત દ્રાવ્યતા ધરાવતાં હોવાથી મિશ્રણને સ્થિર રહેવા દેવાથી બે પ્રાવસ્થા અલગ પડે છે. A–સમૃદ્ધ પ્રાવસ્થાને (ભરણના અવશેષી પ્રવાહીને) રેફિનેટ કહે છે. જ્યારે B–સમૃદ્ધ (દ્રાવક-સમૃદ્ધ) પ્રાવસ્થાને નિષ્કર્ષ (extract) કહે છે. દ્રાવક B એ દ્રાવ્ય Cનું દ્રાવક Aમાંના દ્રાવણમાંથી નિષ્કર્ષણ કરે છે. ઘણી વાર નિષ્કર્ષ થોડું દ્રાવક A ધરાવે છે અને તે જ પ્રમાણે રેફિનેટ દ્રાવક Bનું થોડું પ્રમાણ ધરાવી શકે છે. આ વિધિ આકૃતિ સ્વરૂપે નીચે દર્શાવી છે.

આમ બંને પ્રાવસ્થામાં ત્રણ ઘટકો હાજર હોઈ શકે છે. ત્રિઘટકીય પ્રણાલીઓના ત્રણ પ્રકાર છે : (i) એક યુગ્મ (pair) આંશિક રીતે દ્રાવ્ય હોય; દા.ત., A અને Bમાં C સંપૂર્ણપણે દ્રાવ્ય હોય; પણ A અને B સીમિત પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય હોય. (ii) બે યુગ્મ આંશિક રીતે દ્રાવ્ય હોય, દા.ત., A અને C સંપૂર્ણપણે મિય દ્રાવણ બનાવે પણ A અને B તથા B અને C સીમિત દ્રાવ્યતા દર્શાવે છે. (iii) બે આંશિક રીતે દ્રાવ્ય (મિશ્ર) પ્રવાહીઓ અને એક ઘન પદાર્થ. સામાન્ય રીતે ઘન દ્રાવ્ય C A અને Bમાં સંપૂર્ણપણે દ્રાવ્ય હોય છે, પણ A અને B સીમિત માત્રામાં મિય હોય છે.

આમ, પ્રવાહી-પ્રવાહી નિષ્કર્ષણમાં પ્રવાહી મિશ્રણમાંના એક કે વધુ ઘટકોને આ પ્રવાહીમાં લગભગ અદ્રાવ્ય હોય પણ અલગ પાડવાના ઘટક સિવાયની અશુદ્ધિઓને ઓગાળી શકે તેવા અન્ય પ્રવાહીના ઘનિષ્ઠ સંપર્કમાં લાવી છૂટા પાડવામાં આવે છે. આથી વિપરીત અન્ય કિસ્સામાં બીજું પ્રવાહી પહેલામાંના ચોક્કસ ઘટકને પોતાનામાં ઓગાળવા દ્વારા અલગ કરે છે, જ્યારે અશુદ્ધિઓ પહેલા પ્રવાહીમાં રહી જાય છે.

A અને Bનું દ્રાવ્યતા-તાપમાન (solubility temperature) કરતાં નીચા તાપમાને નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવે છે. આ દ્રવ્યમાન સ્થાનાંતરણ- વિધિ માટે દ્રાવકની પસંદગી એ અગત્યનો મુદ્દો (factor) છે. દ્રાવકની પસંદગીને અસર કરતાં પરિબળો આ પ્રમાણે છે : (i) વરણાત્મકતા (selectivity), (ii) વિતરણ-ગુણાંક (distribution coefficient), (iii) દ્રાવકની અદ્રાવ્યતા (insolubility), (iv) પુન:પ્રાપ્યતા (recoverability), (v) ઘનતા, (vi) અંતરાપૃષ્ઠીય (interfacial), તણાવ (tension), (vii) રાસાયણિક પ્રક્રિયાક્ષમતા (reactivity), (viii) સ્નિગ્ધતા, (ix) બાષ્પદબાણ અને (x) ઠારબિંદુ.

વિતરણ-ગુણાંક નીચે પ્રમાણે દર્શાવાય છે :

વરણાત્મકતા નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

નિષ્કર્ષણ દરમિયાન ભરણ(A + C)નો દ્રાવક B સાથેનો સંપર્ક તબક્કાવાર અથવા સતત હોઈ શકે. તબક્કાવાર સંપર્ક વ્યત્યસ્ત ધારા (cross current) અથવા પ્રતિધારા (counter current) પ્રકારનો હોઈ શકે, અને તે પણ એક અથવા અનેક તબક્કાનો બનેલો તથા પશ્ચવાહી (reflux) સાથેનો અથવા વિનાનો હોઈ શકે.

પ્રતિધારા-નિષ્કર્ષણ ઘણી વાર આર્થિક રીતે પોષણક્ષમ નીવડે છે. તેમાં બે અમિય પ્રવાહીઓને એકબીજાંમાંથી અથવા એકબીજાંની પાસેથી વિરુદ્ધ દિશામાં વહેવડાવવામાં આવે છે. દા.ત., એક ભારે પ્રવાહીને ઊભી નળી કે મિનારામાં રાખેલા બીજા પ્રવાહીમાં બારીક ટીપાં રૂપે વહેવડાવવું.

આંદોલિત પાત્રો (agitated vessels), મિશ્રક-સ્થિરક (mixer-settler) એકમો, ચાળણી જેવી તાસકવાળા મિનારા (sieve tray towers) વગેરે આ હેતુ માટે વપરાતાં કેટલાંક સાધનો છે. સતત સંપર્ક- નિષ્કર્ષકો(extractors)માં મુખ્યત્વે છંટકાવ-મિનારા (spray-towers), પરિવેષ્ટિત (packed) મિનારા, યાંત્રિક રીતે આંદોલિત નિષ્કર્ષકો, પરિભ્રમિત ચકતીવાળા સંપર્કકો (rotating disc contactors), સ્પંદ-સ્થંભ (pulse column) વગેરેને ગણાવી શકાય.

દ્રાવકો તરીકે પાણી, હેક્ઝેન, એસિટોન, આઇસોપ્રોપાઇલ, આલ્કોહૉલ, ફુર્ફુરલ, ઝાયલીન, પ્રવાહી સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ, ટ્રાઇબ્યૂટાઇલ ફૉસ્ફેટ વગેરે વપરાય છે.

પ્રવાહી-પ્રવાહી નિષ્કર્ષણની ઉપયોગિતાને બે કક્ષામાં વહેંચી શકાય : (ક) નિષ્કર્ષણ એ અલગન પદ્ધતિઓ સાથે સીધી હરીફાઈ કરતું હોય તેવી પ્રણાલીઓ, અને (ખ) ઉપયોગની ર્દષ્ટિએ અદ્વિતીય (unique) હોય તેવી પ્રણાલીઓ.

(ક) અન્ય દ્રવ્ય-સ્થાનાંતરણ-વિધિ સાથે સ્પર્ધા કરતી પ્રણાલીઓ : અહીં સાપેક્ષ ખર્ચ અગત્યનું છે. નિસ્યંદન અને બાષ્પીભવન એ સીધી (પ્રત્યક્ષ) અલગન પદ્ધતિઓ છે અને તેમના દ્વારા મળતો પદાર્થ શુદ્ધ સ્વરૂપમાં હોય છે. દ્રાવક-નિષ્કર્ષણ એવાં દ્રાવણો આપે છે કે જેમને બાષ્પીભવન કે નિસ્યંદન દ્વારા અલગ કરવાં પડે. મંદ જલીય દ્રાવણોની બાબતમાં તેમાં રહેલ પાણી નિસ્યંદનથી દૂર કરવા કરતાં નિષ્કર્ષણ એ આર્થિક ર્દષ્ટિએ વધુ પોસાય તેવું છે, કારણ કે મોટાભાગના કાર્બનિક દ્રાવકોની બાષ્પીભવન-ઉષ્મા પાણીની સરખામણીમાં ઘણી ઓછી હોય છે. તે ઉપરાંત ઉષ્મીય વિઘટન નિવારવા ઊંચા નિર્વાતને (high vaccum) નિસ્યંદન કરવા કરતાં નિષ્કર્ષણ વધુ લાભદાયી હોય છે. દા.ત., વાનસ્પતિક તેલોમાંથી લાંબી શૃંખલાવાળા ચરબીજ (fatty) ઍસિડને ઊંચા નિર્વાતને દૂર કરવા કરતાં તેમનું દ્રાવક-નિષ્કર્ષણ આર્થિક રીતે વધુ પોસાય તેવું હોય છે. રાસાયણિક પદ્ધતિઓને બદલે પણ નિષ્કર્ષણ વાપરી શકાય, કારણ કે તેમાં કોઈ રસાયણનો વ્યય થતો ન હોવાથી કે ઉપપેદાશ ઉદભવતી ન હોવાથી તે રીત ઓછી ખર્ચાળ નીવડે છે.

(ખ) નિષ્કર્ષણની અદ્વિતીય ઉપયોગિતા : નિષ્કર્ષણમાં બે પ્રાવસ્થાના મુખ્ય ઘટકો રાસાયણિક ર્દષ્ટિએ વિભિન્ન હોય છે અને તેથી ઘણી વાર તે અન્ય પદ્ધતિઓની સરખામણીમાં અલગનને સરળ બનાવે છે; દા.ત., સરખો અણુભાર ધરાવતા ઍરોમૅટિક અને પૅરેફિનીય હાઇડ્રોકાર્બનોનું બાષ્પદબાણ લગભગ સરખું હોવાથી તેમનું નિસ્યંદન દ્વારા અલગન લગભગ અશક્ય હોય છે; પણ નિષ્કર્ષણ વડે તેમને સહેલાઈથી છૂટાં પાડી શકાય. પેનિસિલિન જેવી ઔષધીય પેદાશો એવા  સંકીર્ણ મિશ્રણ રૂપે મળે છે કે તેમના અલગન માટે પ્રવાહી–પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ જ વ્યવહારુ ગણાય છે.

કેટલીક સંકીર્ણ-વિધિઓમાં ભરણના ઘટકોને છૂટા પાડવા બે દ્રાવકોનો ઉપયોગ થાય છે. આને દ્વિદ્રાવક (double solvent) અથવા વિભાગીય નિષ્કર્ષણ (fractional extraction) કહે છે.

નિષ્કર્ષણ સંબંધિત ગણતરીઓમાં ત્રિઆધારી (ternary) સમતોલન-આંકડાઓનો અને સમબાજુ ત્રિકોણીય (equilateral triangular) યામો(co-ordinates)નો અથવા લંબ યામો(rectangular coordinates)નો ઉપયોગ થાય છે.

હર્ષદરાય રસિકલાલ શાહ

અનુ. જ. દા. તલાટી