એકમ પ્રચાલન

એકમ પ્રચાલન (unit operation) : રાસાયણિક પદાર્થોના ઉત્પાદનમાં ભૌતિક ફેરફાર કરવા પ્રયોજાતી શ્રેણીબદ્ધ ક્રિયાઓમાંની એક. કોઈ પણ રાસાયણિક સંયંત્ર(plant)માં કાચા માલ ઉપર ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક ક્રિયા ક્રમવાર કરીને તેને પરિષ્કૃત (finished) રૂપમાં ફેરવવામાં આવે છે. કોઈ પણ વિનિર્માણપ્રવિધિમાં એકમ પ્રચાલનોને રાસાયણિક સંયંત્રના નિર્માણઘટકો તરીકે ગણી શકાય. વિવિધ ઉદ્યોગોમાં વપરાતી આ ક્રિયાઓ સમાન પ્રકારની હોય છે. દા.ત., કાચું ખનિજતેલ લઈને વિવિધ ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક ક્રિયા કરીને પેટ્રોલ, ડીઝલ, કેરોસીન, ઊંજણતેલ, મીણ, ડામર, કાર્બન વગેરે પદાર્થો મેળવાય છે.

ભૌતિક ક્રિયાઓ આગવા સોપાન તરીકે ક્રમવાર કરવામાં આવે છે અને સંયંત્રનો એક ચોક્કસ ઘટક આમાંની એક ક્રિયા કરે છે. આવા પાયારૂપ સોપાનને એકમ-પ્રવિધિ કહે છે. ગાળણ, નિસ્યંદન (distillation) વગેરેને આવી એકમ-પ્રવિધિઓ ગણાય. ગાળણ એ ગાળણ છે, ભલે પછી ઘન તથા દ્રાવકો ગમે તે પ્રકારના હોય. આમ અનેક પ્રકારનાં સંયંત્રોમાં આવી એકમ-પ્રવિધિઓની સંખ્યા મર્યાદિત હોય છે. સળંગ સાંકળરૂપે ચાલતી નિર્માણપ્રક્રિયાને એક જ પ્રકારની ભૌતિક ક્રિયા કરનાર ઘટકોમાં વહેંચવાની સંકલ્પના અમેરિકન રાસાયણિક ઇજનેર આર્થર ડી. લિટલ અને વિલિયમ વૉકરે 1915માં પ્રચલિત કરી. આથી પ્રત્યેક એકમ-પ્રચાલનનો આગવા ઘટક તરીકે ઘનિષ્ઠ અભ્યાસ શક્ય બન્યો અને તેમાં સધાયેલ વિકાસનો લાભ વિવિધ ઉદ્યોગોને મળવાનું શક્ય બન્યું. આ વિકાસને કારણે રાસાયણિક ઇજનેરીનો વિજ્ઞાનની એક સ્વતંત્ર શાખા તરીકે ઉદભવ થયો અને તેમાં ઘણી પ્રગતિ થઈ. 1960ના અરસામાં એકમ-પ્રચાલનમાં રહેલ પાયાની ઘટના અંગે અભ્યાસ કરતાં માલૂમ પડ્યું કે વિવિધ એકમ-પ્રચાલનોના પાયામાં મુખ્યત્વે ત્રણ પ્રકારની ભૌતિક ઘટનાઓ રહેલી છે.

દળ સ્થાનાન્તરણ (mass transfer), ઉષ્મા સ્થાનાન્તરણ અને તરલ પ્રવાહ(fluid flow)ની ઘટનાઓને કારણે વિવિધ એકમ-પ્રચાલનો વચ્ચેનો એકરૂપતાનો ખ્યાલ બંધાયો. આ પાયાની ઘટનાની ગણિતની ભાષામાં રજૂઆત શક્ય હતી. આ કારણે રાસાયણિક ઇજનેરીમાં અદ્યતન ગાણિતિક પ્રવિધિનો ઉપયોગ થયો. હાલમાં કમ્પ્યૂટર ઉપલબ્ધ થતાં કોઈ પણ પ્રવિધિ અંગેના સંયંત્રની ડિઝાઇન અંગેની મુશ્કેલ ગણતરીઓ ઝડપથી કરવાનું શક્ય બન્યું છે. ઊર્જાસ્રોત, સંયંત્રની ગોઠવણી અને પર્યાવરણ અંગેના પ્રાચલો(parameters)ની વિવિધતામાંથી તેમનું ઇષ્ટતમ (optimum) સંયોજન પસંદ કરવામાં આ અભિગમ ઘણો ઉપયોગી નીવડ્યો છે.

નીચેની સારણી કેટલાંક એકમ-પ્રચાલનો અંગેની માહિતી ટૂંકમાં રજૂ કરે છે :

સારણી

નામ	કાર્ય
(1) તરલ યંત્રવિદ્યા આધારિત પ્રચાલનો
તરલ સંભાળ	પ્રવાહીની હેરફેર અને સંગ્રહ. વાયુ, પ્રવાહી અને બાષ્પનો પ્રવાહ માપી તેનું નિયંત્રણ કરવું.
પ્રવાહી ભેગું કરી વલોવવું.	પ્રવાહી, ઘન અને વાયુઓને સમાંગી (homogenous) પ્રવાહીમાં ફેરવવું અથવા કલાઓનું મિશ્રણ કરવું.
ગાળણ અને શુદ્ધીકરણ	ઘન પદાર્થને પ્રવાહી અથવા વાયુમાંથી છૂટા પાડવા.
ઠારણ અને ઘટ્ટ કરવાની પ્રક્રિયા	ઘન અને પ્રવાહીના મિશ્રણને ઘટ્ટ બનાવી તેમાંથી ઘન છૂટું પાડવું
અલગીકરણ	ઘન પદાર્થને તેના કદ અને વિ. ઘનતાથી છૂટા પાડવા.
અપકેન્દ્રણ (centrifuging)	ઘન અથવા પ્રવાહીને અનુક્રમે ઘન-પ્રવાહી અને પ્રવાહી-પ્રવાહી મિશ્રણમાંથી છૂટા પાડવા.
(2) ઉષ્મા-સ્થાનાન્તરણ આધારિત પ્રચાલનો
ઉષ્માવિનિમય અને ઠારણ	ગરમ કરવું, ઠંડું કરવું અને બાષ્પ અથવા પ્રવાહીને કલાપરિવર્તન કરીને અથવા કર્યા વગર ઠારવું.
ભઠ્ઠીઓ	દ્રવ્યોને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવાં.
બાષ્પીભવન અને ઉત્કલન	પ્રવાહીનું બાષ્પીભવન, અબાષ્પશીલ દ્રાવણોનું સાંદ્રણ કરવું, પ્રવાહી દ્રાવકને પાછું મેળવવું.
શુષ્કન	ઘન પદાર્થમાંથી પાણીની બાષ્પ અથવા અન્ય દ્રાવકની બાષ્પને દૂર કરવી.
શીતક ટાવર	પાણીને ઠંડું પાડી ઠારણમાં અથવા ઉષ્મા-વિનિમયકોમાં કે ફરીથી વાતાનુકૂલનોમાં વાપરવું.
(3) દ્રવ્યમાન સ્થાનાન્તરણ આધારિત પ્રચાલનો
નિસ્યંદન	દ્રાવ્ય પ્રવાહીઓને બાષ્પાયન અને ઠારણથી છૂટાં પાડવાં.
પ્રવાહી નિષ્કર્ષણ	દ્રાવ્ય પ્રવાહીઓને જુદી દ્રાવ્યતાના આધારે છૂટાં પાડવાં.
નિક્ષાલન (leaching)	ઘન પદાર્થના મિશ્રણમાંથી દ્રાવ્યને દ્રાવકમાં ઓગાળી છૂટાં પાડવાં.
અવશોષણ અને વિશોષણ (absorption and desorption)	દ્રાવ્ય નિષ્ક્રિય વાયુઓ દ્વારા પ્રવાહીમાં ઓગળેલા વાયુઓને છૂટા પાડવા. પ્રવાહી દ્વારા વાયુઓના મિશ્રણમાંથી અન્ય વાયુઓને છૂટા પાડવા.
અધિશોષણ (adsorption) આયન વિનિમય	પ્રવાહીઓ અથવા વાયુઓમાંથી વરણાત્મક રીતે ક્રિયાત્મક ઘન પદાર્થથી અન્ય પદાર્થો છૂટા પાડવા. દ્રાવણમાંના આયનોને વરણાત્મક રીતે સક્રિય પદાર્થો અથવા આયન-વિનિમયકો દ્વારા છૂટા પાડવા.
આર્દ્રીકરણ અને વિઆર્દ્રીકરણ (humidification and dehumidification)	વાતાવરણ અથવા વાયુઓમાં ભેજનું નિયમન કરવું.
વાયુઓનું પ્રસરણ (diffusion of gases)	વાયુમિશ્રણમાંથી તેના ઘટકોને તાપમાનના તફાવતથી અથવા અન્ય વિશિષ્ટ પદ્ધતિ દ્વારા છૂટા પાડવા.
(4) યાંત્રિક સિદ્ધાંત આધારિત એકમ પ્રચાલનો
ચાળણ ઘન-સંભાળ (solid handling)	ચાળણથી ઘન પદાર્થોને કદ પ્રમાણે છૂટા પાડવા. ઘન પદાર્થોની હેરફેર અને તેમનું અલગીકરણ.
કદ લઘુકરણ	ઘન પદાર્થને નાના કણોમાં વિભાજિત કરવા.
પ્લવન (floatation)	ઘન પદાર્થોને વરણાત્મક રીતે હવાનું પ્રસારણ કરી છૂટા પાડવા.
ચુંબકીય અને સ્થિરવીજ અલગીકરણ (magnetic and electrostatic separation)	ચુંબક અને સ્થિતિવીજનો ઉપયોગ કરી રાસાયણિક સંયોજનોને છૂટાં પાડવાં.

વિવિધ એકમ-પ્રચાલનો માટે ભિન્ન ભિન્ન પ્રકારના યાંત્રિક ઘટકો વપરાય છે. પંપો, પાઇપ, પ્રણાલી, શુષ્કન કક્ષો (driers), ઉષ્માવિનિમયકો, વિભાગીય સ્તંભો (fractionating columns), મિશ્રકો, બાષ્પકો, શીતકો, ફિલ્ટર પ્રેસ, સેન્ટ્રિફ્યુઝ વગેરે આવા ઘટકો છે. આવા યોગ્ય ક્ષમતાના ઘટકો જરૂરી સંખ્યામાં યોગ્ય ક્રમમાં ગોઠવવાથી રાસાયણિક સંયંત્રની રચના થાય છે.

પ્રવીણસાગર સત્યપંથી