પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલી

February, 1999

પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલી : બે અથવા વધુ પ્રવાહીઓ ભેગાં થવાથી બનતી પ્રણાલી. જો એકબીજામાં મિશ્ર (miscible) એવા બે કે વધુ પ્રવાહીઓને ભેગાં કરવામાં આવે તો એક જ પ્રાવસ્થા (phase) ધરાવતું સમાંગ દ્રાવણ મળે છે. જો બે પ્રવાહીઓ એકબીજા સાથે અમિશ્ર હોય તો તેવે વખતે બે પ્રવાહી પ્રાવસ્થા ધરાવતી પ્રણાલી મળે છે; જેમાં વધુ ઘનતાવાળું પ્રવાહી નીચેના અને ઓછી ઘનતા ધરાવતું પ્રવાહી ઉપરના ભાગમાં હોય છે. આવી પ્રણાલીમાં જો એક ત્રીજો એવો પદાર્થ (ઘન અથવા પ્રવાહી) ઉમેરવામાં આવે કે જે બંને પ્રવાહીમાં દ્રાવ્ય હોય તો તે પદાર્થ બે પ્રવાહીઓ વચ્ચે એવી રીતે વહેંચાઈ જશે કે જેથી બે પ્રવાહીમાંની તેની દ્રાવ્યતાનો ગુણોત્તર એક ચોક્કસ મૂલ્ય ધરાવશે. ધારો કે A અને C – એમ બે પ્રવાહીની બનેલી આવી પ્રણાલીમાં ઘટક B ઉમેરવામાં આવે તો B A અને C વચ્ચે વહેંચાઈ જશે; જેમાં Bનું પ્રમાણ વધુ હોય તેને નિષ્કર્ષ (extract) અને જેમાં ઓછું હોય તેને રેફિનેટ કહે છે.

પ્રવાહી-પ્રવાહી સંતુલન એ વાયુ-પ્રવાહી સંતુલનથી એ બાબતમાં જુદું પડે છે કે પ્રવાહી-પ્રવાહી સંતુલન પ્રવાહીના બાષ્પદબાણ (vapour pressure) પર આધાર રાખતું નથી. જ્યારે વાયુ-પ્રવાહી સંતુલન એ પ્રવાહીના બાષ્પદબાણ પર આધાર રાખે છે. વળી પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલીમાં પ્રચાલન દબાણ(operating pressare)નું પણ ખાસ મહત્વ હોતું નથી; કારણ કે તેનું કાર્ય ફક્ત પ્રવાહીની વરાળમાં થતા રૂપાંતરને શક્ય તેટલું સીમિત રાખવા પૂરતું હોય છે. પ્રવાહી-પ્રવાહી સંતુલન મુખ્યત્વે તાપમાન અને પ્રમાણ પર આધાર રાખે છે. પ્રવાહી-પ્રવાહીનું સંતુલન નીચેના સમીકરણ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે :

xi ri = x´ii …………….(1)

જેમાં x એ ભારાંશ (weight-fraction) તથા r સક્રિયતા-ગુણાંક (activity-coefficient) દર્શાવે છે; દા.ત., એસિટોન (A), મિથાઇલ આઇસોબ્યૂટાઇલ કીટોન MIK (S) તથા પાણી (W) એક પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલી બનાવે છે. તે ઉપર જણાવ્યા પ્રમાણે, બે ભાગમાં વિભાજિત થઈને નિષ્કર્ષ તથા રેફિનેટ બનાવે છે. નિષ્કર્ષ ભાગમાં મુખ્યત્વે MIK હોય છે તથા રેફિનેટ ભાગમાં મુખ્યત્વે પાણી હોય છે. 25° સે. તાપમાન તથા એક વાતાવરણ દ્બાણે તેમનાં સંતુલનપ્રમાણ નીચે પ્રમાણે હોય છે :

નિષ્કર્ષ    (વજનથી ટકા)                                                       રેફિનેટ (વજનથી ટકા)

A          W          S                                                        A          W         S

25        5            70                                                      15         83        2

પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલીના સંતુલન-આંકડાઓનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પ્રવાહી-પ્રવાહી નિષ્કર્ષણમાં થાય છે. જો સમાંગ પ્રવાહી દ્રાવણમાંના ઘટકોનાં ઉત્કલનબિંદુઓ વચ્ચે સારો એવો તફાવત હોય તો તેમને સામાન્ય નિસ્યંદનની ક્રિયા વડે છૂટાં પાડી શકાય છે; પણ જો મિશ્રણમાંના ઘટકોનાં ઉત્કલનબિંદુઓ એકબીજાંની ખૂબ નજીક હોય તો નિસ્યંદન દ્વારા તેને છૂટાં પાડી શકાતાં નથી. આવે વખતે તેમને અલગ કરવા માટે પ્રવાહી-પ્રવાહી નિસ્યંદનની પદ્ધતિ ઉપયોગી નીવડે છે; દા.ત., 30% એસેટિક ઍસિડ ધરાવતા જલીય દ્રાવણમાંથી એસેટિક ઍસિડ અને પાણીને અલગ કરવા માટે નિસ્યંદનની પદ્ધતિ ખૂબ ખર્ચાળ છે; પણ ઘટકોને પ્રવાહી-પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ દ્વારા અલગ પાડી શકાય છે. આ માટે ઇથાઇલ એસિટેટનો દ્રાવક તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

પ્રવાહી-પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ દ્વારા પ્રવાહી મિશ્રણના ઘટકોને છૂટા પાડવામાં આવે તો તે સીધા શુદ્ધ રૂપે મળતા નથી; પરંતુ નવું પ્રવાહી મિશ્રણ મળે છે, જેમાંથી નિસ્યંદનની મદદ વડે ઘટકો છૂટા પાડી શકાય છે. આથી એકલા નિસ્યંદનના ખર્ચની સામે નિષ્કર્ષણ અને તે પછીના નિસ્યંદનનો ખર્ચ ઓછો થતો હોય તો જ પ્રવાહી-પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ આર્થિક રીતે પોસાઈ શકે.

પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલીનો ઉપયોગ રસાયણ-ઉદ્યોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા બાષ્પનિસ્યંદન(steam distillation)માં પણ થાય છે. જ્યારે કોઈ પ્રવાહીનું સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ ઘણું વધારે હોય અને જો તે પાણી સાથે ભળી જતું ન હોય તો આવા પ્રવાહીને તેમાંની અબાષ્પીય અશુદ્ધિથી છૂટું પાડવા બાષ્પનિસ્યંદન વપરાય છે. આમાં પાણીની વરાળ પ્રવાહીમાંથી પસાર કરતાં તે પાણી સાથે પ્રવાહી-પ્રવાહી પ્રણાલી બનાવે છે, જેનું ઉત્કલનબિંદુ પાણી કરતાં પણ ઓછું હોય છે; દા.ત., નાઇટ્રોબેન્ઝિનને છૂટું પાડવા માટે તેને વાતાવરણના દબાણે ઉકાળવામાં આવે તો તેના સામાન્ય ઉત્કલનબિંદુ (240° સે.) સુધી પહોંચતાં પહેલાં તેનું ઉષ્મીય વિભંજન થાય છે. તેને બાષ્પનિસ્યંદનના પ્રયોગથી 100° સે.થી ઓછા તાપમાને ઉકાળી અલગ કરી શકાય છે. આ ઉપરાંત સુગંધિત તેલો(essential oils)ને છૂટાં પાડવા માટે પણ બાષ્પ-નિસ્યંદનનો ઉપયોગ થાય છે.

સતીશ શાહ