पदार्थ वहन

पदार्थ-वहन अथवा मास ट्रांसफर हा रासायनिक अभियांत्रिकी मधील एक महत्त्वाचा विषय आहे. या मध्ये मुख्यत्वे पदार्थाचे वहन एका स्थानावरून दुसऱ्या स्थानावर कसे होते याचा अभ्यास होतो. उदा: एका भांड्याचे दोन भाग एका सच्छिद्र माध्यमाच्या मदतीने केले व दोन वेगवेगळ्या प्रकारची द्रव्ये दोन भागात ठेवली तर काही वेळाने दोन्ही द्रव्ये एकमेकात पूर्णपणे मिसळून जातील. या प्रकाराला पदार्थ वहन असे म्हणतात. दोन्ही पदार्थ एकमेकात मिसळून जाण्याचा वेळ हा काही सेकंदांचा असू शकतो, मिनिटाचा, तासाचा अथवा दिवस किंवा वर्षांचा देखील असू शकतो. हा वेळ दोन द्रव्यांमधील अंतर, त्यांचे गुणधर्म, एकमेकांत मिसळण्याची क्षमता व त्यांची संहति (concentration) (गाढता) यावर अवलंबून असतो.

रासायनिक अभियंता याचा वापर मुख्यत्वे खालील गोष्टी विकसित करण्यासाठी करतो.

• शोषण- याला इंग्रजीमध्ये ॲबसॉर्पशन (Absorption) असे म्हणतात. याचा वापर मुख्यत्वे हवेमधील अथवा उत्पादित वायूमधील दूषित तत्त्वे काढण्यासाठी होतो. यामध्ये दूषित तत्त्वांचा शोषक द्रव्यामध्ये शोषून जाण्याच्या क्षमतेचा वापर होतो. उदा: हवेत अमोनिया हे दूषित तत्त्व आहे. अशी हवा जर पाण्याच्या संपर्कात आली तर हवेतील अमोनियाचे पाण्यामध्ये वहन होऊन जाईल व हवा शुद्ध होइल. अशा प्रकारे विविध वायूंचे शोषक-द्रव्यांमध्ये शोषण करता येते. शोषक-द्रव्य म्हणून बहुतांशी पाण्याचा वापर होतो.

• मिसळणे- याला आपल्याला माहिती असणारी संज्ञा आहे मिक्सिंग (Mixing) यामध्ये दोन द्रव्ये अथवा घन पदार्थ द्रव्यामध्ये मिसळणे या सर्वांना माहिती असणाऱ्या प्रकियेचा समावेश होतो. मिसळण्यासाठि विविध प्रकारांचा अवलंब केला जातो. उदा: पाण्यात साखर नुसति ढवळली तरी मिसळुन जाते, परंतु चहा मिसळण्यासाठी चहा उकळावा लागतो. औद्योगिक स्तरावर देखील अश्या विविध प्रकारांचा वापर केला जातो.

• ऊर्ध्वपातन- (Distillation) पदार्थ वहन या शास्त्रातील सर्वात चर्चिला जाणारा व सर्वात अभ्यासला जाणार हा प्रकार आहे. यामध्ये मुख्यत्वे भर द्रव्यांच्या शुद्धीकरणांवर असतो. बाजारामध्ये शुद्ध द्रव्यांना चांगली किंमत मिळत असल्यामुळे, तसेच मागणी असल्यामुळे या शुद्धीकरण पद्धतीत बराच वापर रासायनिक उद्योग क्षेत्रात होतो. यामध्ये मुख्यत्वे दोन द्रव्यांचे उकळणबिंदू वेगळे असल्याचा उपयोग होतो. उदा; पाण्यात मीठ मिसळले असेल, व त्या मिश्रणातून शुद्ध पाणी वेगळे करून हवे असेल, तर ते मिश्रण १००° सेंटिग्रेड तापमानाला उकळतात व त्या पाण्याची वाफ दुसऱ्या जागी नेऊन थंड करून परत पाणी बनवतात. या थंड झालेल्या पाण्यात मीठ आजिबात नसते, कारण मीठ १००° सेंटिग्रेडलासुद्धा घन स्वरूपात असते. अशा प्रकारे पाण्याला मिठापासून वेगळे करता येते. औद्योगिक वापरातहि अशाच तत्त्वाचा वापर डिस्टिलेशनमध्ये होतो. याचा वापर करून जरी द्द्रयाची शुद्धता वाढवता येत असली तरी या पद्धतीत होणारा ऊर्जेचा वापर प्रचंड आहे. सध्या शास्त्रज्ञ व तंत्रज्ञ ऊर्ध्वपातनासाठी ऊर्जेचा वापर कमी कसा होईल यावरील संशोधनावर भर देत आहेत.

• स्फटिकीकरण (Crystallization) - या मध्ये दोन द्रव्यांचा अलग-अलग गोठण बिंदूंचा वापर होतो. उदा: जेव्हा साखर-रस बनवला जातो व थंड केला जातो त्यावेळेस साखरेचा गोठणबिंदू पाण्यापेक्षा खूपच जास्त असल्याचा फायदा होतो व साखर घन आणि स्फटिक स्वरूपात मिळू शकते.

• अधिशोषण- (Adsorption) काही प्रकारचे धातू, तसेच घन पदार्थ आपल्या पृष्ठभागावर द्रव्य, वायु अथवा दूषिते आकर्षित करून घेऊ शकतात त्याचा उपयोग इतर पदार्थांच्या शुद्धीकरणासाठी होऊ शकतो.

• निष्कर्षण - (Extraction) काही द्रव्ये एकमेकात मिसळतात व काही द्रव्ये नाहीत. या गुणधर्माचा वापर या पद्धतीत करून द्रव्ये शुद्ध करता येतात. उदा: मातीमध्ये सोन्याचे प्रमाण अत्यल्प असते. त्यामुळे मातीमधील सोने वेगळे करण्यासाठि साइनाईड या द्रव्याचा उपयोग होतो. या द्रव्यात सोने विरघळून जाते व इतर पदार्थ वेगळे पडतात. दुसरे तंत्र अवलंबून विरघळलेले सोने साइनाईडपासून वेगळे करता येते.

खगोलशास्त्रामध्ये, पदार्थ वहन प्रक्रियेने एखाद्या ताऱ्यासारख्या वस्तूला गुरुत्वाकर्षणाने बांधून असलेले द्रव्य साधारणपणे श्वेत बटू, न्यूट्रॉन तारा किंवा कृष्णविवर, सारख्या दुसऱ्या वस्तूला, गुरुत्वाकर्षणाने बांधले जाते आणि त्या वस्तूवर जमा (ॲक्रिट) होते. ही द्वैती प्रणालींमध्ये आढळणारी सामान्य प्रक्रिया असून काही प्रकारचे अतिनवतारे किंवा पल्सार यांमध्ये मोलाची भूमिका बजावते.