શુષ્કન (drying) : શુષ્કક (dryer) તરીકે ઓળખાતા સાધન વડે દ્રવ્યના મોટા જથ્થામાં રહેલા પ્રવાહીના (સામાન્ય રીતે પાણીના) 90 %થી 95 %(અથવા તેથી પણ વધુ)ને દૂર કરતું પ્રચાલન (operation). તે એક પ્રકારનું વાયુ-ઘન (gas-solid) દળ સ્થાનાંતર (mass transfer) પ્રચાલન છે. સામાન્ય અર્થમાં શુષ્કન એટલે પદાર્થને વાયુ અથવા વાયુ-બાષ્પ (gas-vapour) સાથે સંપર્કમાં લાવી (ઘન કે પ્રવાહી) તેમાંથી ભેજને દૂર કરવો. અહીં ભેજ એ દ્રાવ્ય (solute) છે અને સાંદ્રતાના તફાવતને કારણે તે પદાર્થમાંથી વાયુ-પ્રાવસ્થા તરફ વિસરિત થાય છે. વાસ્તવમાં ભેજ એ પાણીની બાષ્પ અને વાયુ અથવા વાયુ-બાષ્પ મિશ્રણ તરીકે હવા હોય છે. ગરમીનો ઉપયોગ જેમાં પ્રાવસ્થામાં ફેરફાર થતો ન હોય તેવી અપકેન્દ્રણ (centrifugation), નિતારણ (decantation) અથવા અવસાદન (sedimentation) અને ગાળણ જેવી યાંત્રિક વિજલન (dewatering) પદ્ધતિઓથી શુષ્કનને અલગ પાડે છે. બાષ્પન-(evaporation)ને પણ શુષ્કન ન ગણાવી શકાય. કારણ કે બાષ્પન એ મંદ લિકરને તેમાંના બાષ્પશીલ દ્રાવકને ઘણુંખરું વાયુ / હવાની ગેરહાજરીમાં દૂર કરી સંકેન્દ્રિત કરવાની ક્રિયા છે. સામાન્ય રીતે પ્રવાહીમાંથી ભેજને (દ્રાવકને) દૂર કરવાની ક્રિયા(એટલે કે પ્રવાહીઓના શુષ્કન)ને તથા વાયુઓના શુષ્કનને અનુક્રમે નિસ્યંદન-પ્રવિધિઓ અને અધિશોષણ-પ્રવિધિઓ કહેવામાં આવે છે. આ પ્રવિધિઓ નિસ્યંદન-સ્તંભો (પ્રવાહી માટે) અને અધિશોષકો (વાયુ તેમજ પ્રવાહી માટે) તરીકે ઓળખાતા ખાસ પ્રકારનાં સાધનોમાં કરવામાં આવે છે. વાયુઓને સંકોચન (compression) દ્વારા પણ શુષ્ક બનાવી શકાય છે.
રાસાયણિક પ્રચાલન-ઉદ્યોગોમાં શુષ્કન વ્યાપક રૂપે ઉપયોગમાં લેવાની પ્રવિધિ છે. તે બધા પ્રકારનાં રસાયણો, ઔષધો, જૈવિક પદાર્થો, ખાદ્ય પદાર્થો, પ્રક્ષાલકો, લાકડું, ખનિજો અને ઔદ્યોગિક અવશિષ્ટો માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે; દા.ત., ગરમ હવાના પ્રવાહમાં કપડાંને સૂકવવાં, પરિભ્રામી (rotary) શુષ્કકમાં ગરમ હવા વડે ખાતરમાંથી અથવા ખાંડમાંથી ભેજને દૂર કરવો, શીકર-શુષ્કક(spray dryer)ના ઉપયોગ દ્વારા દૂધમાંથી પાઉડર બનાવવો વગેરે.
શુષ્કન પ્રવિધિઓ કલાકે કેટલાક ઔંસથી માંડીને 10 ટન જેટલા પ્રવાહીનું બાષ્પીભવન કરી શકે છે. આ માટે ઉપયોગમાં લેવાતાં તાપમાન 750° સે. જેટલાં ઊંચાં તો હિમશુષ્કન (freeze drying) જેવી પ્રવિધિમાં 40° સે. જેટલાં નીચાં હોય છે. આ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા શુષ્કકો નાના કબાટ જેટલા કદથી માંડીને 30 મીટર ઊંચા અને 9 મીટર વ્યાસ ધરાવતા શીકર-શુષ્કકો (spray dryer) રૂપે હોઈ શકે છે. સૂકવવામાં આવતાં દ્રવ્યો તનુ (thin) સ્તર દ્રાવણો, અવલંબનો (suspensions), રગડા (slurries), લેપ અથવા લહી (લૂગદી, pastes), દાણાદાર દ્રવ્યો, મોટા કદવાળી વસ્તુઓ (bulk objects), રેસાઓ અથવા ચાદરો (sheets) રૂપે હોય છે.
ઘન પદાર્થોનું શુષ્કન : અહીં ઇચ્છનીય અંતિમ નીપજ એ ઘન પદાર્થ હોય છે. ઘણી વાર ઘન પદાર્થ દ્રાવણમાં હોય છે અને પ્રથમ દ્રાવણના બાષ્પીભવન દ્વારા તેને સામાન્ય ઘન સ્વરૂપમાં મેળવવામાં આવે છે. આમાં ઘણી વાર થોડો (< 1 %થી 10 %) ભેજ રહી જાય છે. આવા ઘનનું ગરમ વાયુઓ વડે શુષ્કન કરવામાં આવે તો સામાન્ય રીતે એક ઘન પદાર્થ એવી રીતે શુષ્ક બનવાનું શરૂ કરે છે કે જાણે (ઘનની ગેરહાજરીમાં) પાણી એકલું હાજર હોય અને બાષ્પનની ક્રિયા ખુલ્લા પાણીની સપાટી પરથી થતી હોય. આથી શરૂઆતના તબક્કામાં આ શુષ્કનના ગાળાને સામાન્ય રીતે અચળ દર (constant rate) સમય કહે છે અને તે ઘનની હાજરીથી સ્વતંત્ર હોય છે.
શુષ્કનનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત ઘનમાં પ્રવાહીઓના વહનને નિયંત્રિત કરતાં બળોની જાણકારી પર આધાર રાખે છે. કોઈ એક પદાર્થનું શુષ્કન એ ભેજના પૃષ્ઠીય બાષ્પન(surface evaporation)ને કારણે થાય છે. આ પૃષ્ઠીય બાષ્પન ચાલુ રહે તે માટે ઘનના ઊંડાણમાંથી સપાટી તરફ ભેજની ગતિ થવી આવશ્યક છે. આ ગતિ શુષ્કનના દરને અસર કરે છે. આ માટે નીચે મુજબની ક્રિયાવિધિ સૂચવવામાં આવે છે :
પ્રવાહીનું વિસરણ (diffusion) : સામાન્યત: ભેજનું પ્રમાણ સપાટીની સરખામણીમાં ઘનના ઊંડાણવાળા ભાગોમાં વધુ હોય છે. સાંદ્રતાના આ તફાવતને કારણે ભેજ ઘનની અંદરથી બહારની સપાટી તરફ વિસરિત થાય છે. શરૂઆતમાં ભેજનો સંચય વધુ હોવાથી શુષ્કનનો દર ઊંચો હોય છે, પણ થોડા સમય પછી ઘનની અંદરના ભાગમાંનો ભેજ-સંચય ઘટી જતાં વિસરણદર ઘટવાથી શુષ્કનને અસર થાય છે. વિસરણ-ક્રિયાવિધિ પ્રમાણે શુષ્કનનો દર ઘનના સરેરાશ ભેજ-સંચયના અનુપાતમાં હોય છે.
કેશિકા ગતિ (capillary movement) : જેમ તેલના દીવામાં તેની વાટ દ્વારા પૃષ્ઠતાણને લીધે તેલ સપાટી પર આવે છે તેમ ભેજ પણ શુષ્કન દરમિયાન કેશિકાઓ દ્વારા સપાટી તરફ ગતિ કરે છે. આ કેશિકાઓ ઘનની સપાટીથી અંદરના ભાગ સુધી લંબાયેલી હોય છે. આથી ઘનની સપાટી પર જેમ બાષ્પન થતું જાય તેમ ભેજ આ ક્રિયાને લીધે સપાટી પર પહોંચે છે.
બાષ્પ–વિસરણ (vapour diffusion) : ઘનની એક સપાટી આગળ ગરમી આપવામાં આવે તો બીજી સપાટી આગળ શુષ્કન શરૂ થાય છે. ઘનના અંદરના ભાગમાંથી ભેજ બાષ્પીભવન પામી (બાષ્પ રૂપે) સપાટી તરફ વિસરણ પામે છે.
દબાણ–વિસરણ : જ્યારે ઘન પદાર્થ સુકાય છે ત્યારે તેની બાહ્ય સપાટી સંકોચાય છે. ઘનનું આ સંકુચન (shrinkage) સપાટીમાંના ભેજને નિચોવે છે. આ પ્રકારના વિસરણને દાબ અથવા દબાણ-વિસરણ કહે છે.
શુષ્કનની પ્રવિધિઓનું વર્ગીકરણ ગરમી આપવા માટે તથા પાણીની બાષ્પને દૂર કરવાના ભૌતિક સંજોગો પર આધાર રાખે છે :
(i) પદાર્થને સામાન્ય વાતાવરણના દબાણે ગરમ હવાના સીધા સંપર્કમાં લાવી ગરમી આપવામાં આવે છે. આથી ઉત્પન્ન થતી બાષ્પ હવા સાથે દૂર થાય છે.
(ii) શૂન્યાવકાશી શુષ્કન (vacuum drying) : જેમ દબાણમાં ઘટાડો થાય તેમ પાણીનું ઉત્કલનબિંદુ ઘટે છે અને તેથી પાણીનું બાષ્પીભવન વધુ ઝડપથી થાય છે. અહીં ધાતુની દીવાલ સાથેના સંપર્ક દ્વારા અથવા વિકિરણ (radiation) દ્વારા અપ્રત્યક્ષ રીતે ઉષ્મા આપવામાં આવે છે. કેટલાક પદાર્થો કે જેમનું ઊંચા તાપમાને વિઘટન થાય છે અથવા તેમનો રંગ બગડી જતો હોય તેમને માટે શૂન્યાવકાશી-શુષ્કન ઉપયોગી છે.
(ii) હિમ શુષ્કન (freeze drying) : આમાં થીજેલા (frozen) દ્રવ્યમાંથી પાણીનું ઊર્ધ્વીકરણ થાય છે.
શુષ્કનનો દર (rate of drying) : શુષ્કક તરીકે વપરાતા સાધનના આમાપ (size) નક્કી કરવા માટે પદાર્થને એક ભેજ-સંચયથી અન્ય (ઓછા) ભેજ-સંચય સુધી સૂકવવા માટે લાગતો સમય જાણવો જરૂરી છે. નીચેનાં અવયવો આ સમયને અસર કરે છે :
(અ) વાયુનો વેગ : શુષ્કન માટે ઉપયોગમાં લેવાતા વાયુનો વેગ જેમ વધુ તેમ શુષ્કન-દર ઊંચો હોય છે.
(બ) વાયુનું તાપમાન : વાયુના તાપમાનમાં વધારો થતાં શુષ્કન-દરમાં વધારો થાય છે.
(ક) વાયુની આર્દ્રતા (humidity) : શુષ્કનનો દર આર્દ્રતાના વ્યસ્ત અનુપાતમાં હોવાથી હવાની આર્દ્રતા જેમ વધુ તેમ શુષ્કન-દર નીચો હોય છે.
(ડ) શુષ્કન પામતા ઘનની જાડાઈ : સૂકવવામાં આવતા ઘનની જાડાઈ વધતાં ઘનના ઊંડાણમાંથી પાણી(અથવા પ્રવાહી)ની બાષ્પને સપાટી પર આવતાં વધુ સમય લાગતો હોવાથી શુષ્કન-દરમાં ઘટાડો થાય છે.
શુષ્કનના દર અંગેનો આલેખ આકૃતિમાં દર્શાવ્યો છે.
આકૃતિમાં IJ અને I’J એ પ્રારંભની ગોઠવણ (સમાયોજન, adjustment) છે. IJ વક્ર એમ દર્શાવે છે કે ઘન સપાટીનું શરૂઆતનું તાપમાન વાયુના તાપમાન કરતાં ઓછું છે. આથી શરૂઆતમાં શુષ્કનનો દર વધે છે. વક્ર I’J એમ દર્શાવે છે કે વાયુના તાપમાન કરતાં ઘનનું તાપમાન વધુ છે અને તેથી પ્રારંભમાં શુષ્કનનો દર ઘટે છે. પ્રારંભિક સમાયોજનનો ગાળો ઘણુંખરું ટૂંકો હોય છે અને સામાન્ય રીતે તેને અવગણવામાં આવે છે. JK એ અચળ (constant) શુષ્કનનો સમય છે. આ સમયગાળા દરમિયાન શુષ્કનનો દર અચળ હોય છે. KM એ ઘટતા જતા દરનો ગાળો છે. અહીં શુષ્કનનો દર ભેજ-સંચય XCથી નીચો જાય છે.
આકૃતિ : અચળ શુષ્કન(constant drying)ના સંજોગોમાં શુષ્કન-દરનો વક્ર. (N = એકમ સમયમાં એકમ પૃષ્ઠ-ક્ષેત્રફળ પરથી બાષ્પીભૂત થતો ભેજ, કિગ્રામાં; S = એક કિગ્રા. શુષ્ક ઘન પદાર્થદીઠ ભેજનું પ્રમાણ, કિગ્રા.માં)
શુષ્કનનાં સાધનોનું વર્ગીકરણ : શુષ્કનના હેતુસર ઉપયોગમાં લેવાતાં સાધનોનું વર્ગીકરણ નીચે પ્રમાણે કરવામાં આવે છે :
હર્ષદ રમણલાલ પટેલ
અનુ. જ. દા. તલાટી