डिमर्जेंट का सिद्धांत एवं इसके उपयोग

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“डीमल्सिफायर” का सिद्धांत एवं उसके उपयोग: कुछ ठोस पदार्थ पानी में घुलनशील नहीं होते। जब ऐसे ठोस पदार्थ पानी में बड़ी मात्रा में मौजूद होते हैं, तो जलगति या बाहरी बलों के कारण ये पदार्थ पानी में घुलकर एक तरह का “दूधिया घोल” बना देते हैं। ऐसे घोल को ही “एमल्शन” कहा जाता है। इसीलिए “डीमल्सिफायर” का उपयोग ऐसे दूधिया घोलों को अलग करने हेतु किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, ऐसी प्रणाली अस्थिर होती है। लेकिन यदि कुछ सरफैक्टेंट (जैसे मिट्टी के कण आदि) मौजूद हों, तो इमल्शन अवस्था बहुत गंभीर हो जाती है, और दोनों घटकों को अलग करना कठिन हो जाता है। इसका सबसे उदाहरण तेल-पानी मिश्रण है; तथा अपशिष्ट जल शोधन में पानी-तेल मिश्रण भी ऐसा ही है। ऐसी स्थितियों में “डबल इलेक्ट्रोस्लेयर संरचना” के कारण तेल-पानी या पानी-तेल की स्थिर संरचनाएँ बन जाती हैं। ऐसी स्थिति में, कुछ रसायनों का उपयोग किया जाता है; ताकि स्थिर द्विविद्युत-स्तर संरचना नष्ट हो जाए, एवं घोल-विघटन प्रणाली भी स्थिर न रहे। इस प्रकार दोनों घटक अलग-अलग हो जाते हैं। एमल्शन को नष्ट करने हेतु उपयोग में आने वाले इन पदार्थों को “डिसएमल्सिफायर” कहा जाता है। मुख्य उपयोग: डिमर्जेंट, एक सरफैक्टंट है; यह इमल्शन अवस्था में मौजूद तरल पदार्थों की संरचना को नष्ट कर देता है, ताकि इमल्शन में मौजूद विभिन्न घटक अलग-अलग हो सकें। कच्चे तेल का डिमर्जेंस, डिमर्जेंट्स की रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करके तेल-पानी के मिश्रण में मौजूद तेल एवं पानी को अलग करने की प्रक्रिया है। इससे कच्चे तेल से पानी हट जाता है, जिससे कच्चे तेल के निर्यात हेतु आवश्यक पानी-मुक्त मानक पूरे होते हैं। ऑर्गेनिक घटक एवं जलीय घटक को प्रभावी ढंग से अलग करने हेतु, सबसे सरल एवं प्रभावी तरीका है डिमर्सेंट का उपयोग करना; ऐसा करने से एमल्शन बनना रुक जाता है, एवं दोनों घटक अलग-अलग हो जाते हैं। हालाँकि, विभिन्न डिमर्जेंटों की कार्बनिक घटकों को अलग करने की क्षमता अलग-अलग होती है; डिमर्जेंटों के गुण, दोनों घटकों के अलग होने की प्रक्रिया को सीधे प्रभावित करते हैं। पेनिसिलिन उत्पादन की प्रक्रिया में, एक महत्वपूर्ण चरण यह है कि पेनिसिलिन को पेनिसिलिन उत्पादन हेतु उपयोग में आने वाले किण्वन घोल से ऑर्गेनिक विलायकों (जैसे ब्यूटिरेट एसिड) की सहायता से अलग किया जाए। चूँकि किण्वन घोल में प्रोटीन, शर्कराएँ, कवक आदि जैसे जटिल पदार्थ मौजूद होते हैं, इसलिए अलगाव के दौरान ऑर्गेनिक घटक एवं जलीय घटक के बीच की सीमा स्पष्ट नहीं रहती; इसके कारण एक निश्चित मात्रा में एमल्शन बन जाता है, जिससे तैयार उत्पाद की मात्रा पर बुरा प्रभाव पड़ता है। इसके लिए डिमर्सेंट का उपयोग करके दूधन घटना को दूर करना आवश्यक है, ताकि दोनों चरणों का तेज़ एवं प्रभावी ढंग से अलगीकरण संभव हो सके। सामान्य डिमर्सेंट्स – वर्तमान में तेल क्षेत्रों में उपयोग में आने वाले गैर-आयनिक डिमर्सेंट्स मुख्य रूप से निम्नलिखित हैं:
1. SP प्रकार के डिमर्सेंट्स – SP प्रकार के डिमर्सेंट्स का मुख्य घटक पॉलीऑक्सीएथिलीन-पॉलीऑक्सीप्रोपिलीन अढ़ाई-ऑलिक एस्टर है। इसकी सैद्धांतिक संरचना R(PO)x(EO)y(PO)zH है; जहाँ EO = पॉलीऑक्सीएथिलीन है। ； PO-पॉलीऑक्सीप्रोपिलीन ； आर-फैटी अल्कोहल ； x, y, z – अभिसरण स्तर। एसपी प्रकार का डिमर्सेंट, हल्के पीले रंग का पेस्ट जैसा पदार्थ होता है; इसका HLB मान 10–12 होता है, एवं यह पानी में घुल जाता है। एसपी-प्रकार के गैर-आयनिक डिमर्सेंट, पारा-आधारित कच्चे तेलों पर अच्छा डिमर्सेंट प्रभाव दिखाते हैं। इसका जल-अपरिवर्तनीय भाग कार्बन-12 से 18 वाली हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं से बना होता है, जबकि इसका जल-प्रेमी भाग, अणु में मौजूद हाइड्रॉक्सिल समूहों (-OH) एवं ईथर समूहों (-O-) के माध्यम से पानी के साथ हाइड्रोजन बंधन बनाकर जल-प्रेमी गुण प्राप्त करता है। चूँकि हाइड्रॉक्सिल एवं ईथर समूहों की जल-प्रेमी प्रवृत्ति कम होती है, इसलिए केवल एक या दो हाइड्रॉक्सिल/ईथर समूहों से कार्बन 12–18 वाली हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं को जल में घुलने योग्य नहीं बनाया जा सकता। जल में घुलने हेतु ऐसे कई जल-प्रेमी समूहों की आवश्यकता होती है। गैर-आयनिक डिमर्जेंट का आणविक भार जितना अधिक होता है, उसकी आणविक श्रृंखला उतनी ही लंबी होती है; इसमें हाइड्रॉक्सिल एवं ईथर समूह भी अधिक होते हैं। ऐसे में इसकी खींचने की क्षमता भी अधिक होती है, और कच्चे तेल के एमल्शन को अलग करने की क्षमता भी अधिक होती है। एसपी-प्रकार के डिमर्सेंट्स, पैराफिन-आधारित कच्चे तेलों के लिए उपयुक्त होते हैं; ऐसा इसलिए है क्योंकि पैराफिन-आधारित कच्चे तेलों में जेलीय पदार्थ एवं एस्फाल्टी पदार्थ बहुत कम होते हैं। इसके अलावा, इन तेलों में चर्बी-प्रेमी सरफैक्टेंट्स की मात्रा भी कम होती है, एवं इनका सापेक्ष घनत्व भी कम होता है। उन कच्चे तेलों में, जिनमें ग्लूकोस एवं एस्फाल्टेन की मात्रा अधिक होती है (या जिनमें पानी की मात्रा 20% से अधिक होती है), SP प्रकार के डिमर्सिफायरों की कार्यक्षमता कम होती है। ऐसा इसलिए होता है, क्योंकि इन डिमर्सिफायरों की आणविक संरचना सरल होती है; इनमें कोई शाखाएँ या एरोमैटिक संरचनाएँ नहीं होतीं। 2. AP प्रकार के डिमर्सेंट: AP प्रकार के डिमर्सेंट, पॉलीविनाइलपॉलीअमीन को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करके बनाए जाने वाले पॉलीऑक्सीईथिलीन-पॉलीऑक्सीप्रोपीलीन-पॉलीईथर हैं। ये बहु-शाखाओं वाले, गैर-आयनिक सरफेक्टेंट हैं। इनकी आणविक संरचना D(PO)x(EO)y(PO)zH है; जहाँ EO = पॉलीऑक्सीईथिलीन है। ； PO-पॉलीऑक्सीप्रोपिलीन ； आर-फैटी अल्कोहल ； डी-पॉलीविनाइलामीन: x, y, z-पॉलिमरीकरण स्तर। AP प्रकार के डिसऑर्मेंट्स का उपयोग पारा-आधारित कच्चे तेल के दूधिया घोलों को अलग करने हेतु किया जाता है; इसका प्रभाव SP प्रकार के डिसऑर्मेंट्स की तुलना में बेहतर होता है। यह उन कच्चे तेलों के लिए अधिक उपयुक्त है, जिनमें जल-सांद्रता 20% से अधिक होती है। साथ ही, यह कम तापमान पर भी तेज़ी से दूधिया घोलों को अलग करने में सहायक होता है। जैसे, SP प्रकार के डिमर्सेंट्स को 55–60°C पर 2 घंटों में ही डिमर्ज किया जा सकता है; वहीं AP प्रकार के डिमर्सेंट्स को 45–50°C पर 1.5 घंटों में ही डिमर्ज किया जा सकता है। यह AP-प्रकार के डिमर्जेंट अणुओं की संरचनात्मक विशेषताओं के कारण होता है। उत्प्रेरक, पॉलीविनाइलपॉलीअमीन, ही अणु की संरचना को निर्धारित करता है। ऐसे अणुओं में श्रृंखलाएँ लंबी होती हैं, एवं शाखाएँ भी अधिक होती हैं; इस कारण ऐसे अणुओं की जल-प्रेमी क्षमता, SP-प्रकार के डिसऑर्गेनाइज़रों की तुलना में अधिक होती है। बहु-शाखाओं वाली संरचना के कारण, AP प्रकार के डिमर्सेंट में उच्च स्तर की आर्द्रता-क्षमता एवं पारगम्यता होती है। जब कच्चे तेल का एमल्शन विघटित होता है, तो AP प्रकार के डिमर्सेंट के अणु तेल-पानी सीमा-परत में तेजी से प्रवेश कर जाते हैं। SP प्रकार के डिमर्सेंट के अणुओं की तुलना में, AP प्रकार के अणुओं की संरचना ऐसी होती है कि वे अधिक सतह-क्षेत्र घेर पाते हैं; इस कारण कम मात्रा में ही इसका उपयोग करने पर भी डिमर्सेंट का प्रभाव बेहतर होता है। वर्तमान में, ऐसे डिमर्सेंट्स, दाकिंग तेल क्षेत्र में उपयोग होने वाले सर्वोत्तम गैर-आयनिक डिमर्सेंट्स हैं। 3. एई-प्रकार के डिमर्सेंट: एई-प्रकार के डिमर्सेंट, पॉलीविनाइल पॉलीअमीन को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करके बनाए जाने वाले पॉलीऑक्सीएथिलीन-पॉलीऑक्सीप्रोपीलीन-पॉलीईथर हैं। ये बहु-शाखाओं वाले, गैर-आयनिक प्रकार के सरफैक्टंट हैं। AP प्रकार के डिमर्सिफायरों की तुलना में, AE प्रकार के डिमर्सिफायर द्विचरणीय पॉलिमर होते हैं; इनके अणु छोटे होते हैं, एवं इनमें शाखाएँ भी कम होती हैं। आणविक संरचना का सूत्र है: D(PO)x(EO)yH, जहाँ: EO = पॉलीऑक्सीएथिलीन; PO = पॉलीऑक्सीप्रोपिलीन; D = पॉलीविनाइलपॉलीअमीन ； x, y – अभिसरण स्तर। हालाँकि, AE प्रकार के डिमर्सिफायर एवं AP प्रकार के डिमर्सिफायरों की आणविक संरचना में काफी अंतर है, लेकिन उनके आणविक घटक तो समान ही हैं; केवल मोनोमरों की मात्रा एवं संश्लेषण क्रम में ही अंतर है। (1) दोनों गैर-आयनिक डिसऑर्मेंट्स के डिज़ाइन एवं संश्लेषण के दौरान, उनके “हेड” एवं “टेल” भागों में प्रयुक्त सामग्री की मात्रा अलग-अलग होती है; इस कारण बनने वाले आणविक अणुओं की लंबाई भी अलग-अलग होती है। (2) AP प्रकार के डिसऑर्मेंटेंटों के अणु द्विखंडीय संरचना वाले होते हैं; इनके निर्माण हेतु पॉलीविनाइलपॉलीअमीन को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है, एवं यह पॉलीविनाइलपॉलीअमीन, पॉलीओक्सीविनाइल एवं पॉलीओक्सीप्रोपीन के साथ मिलकर ब्लॉक कोपोलिमर बनाता है। AE प्रकार के डिसऑर्मेंटेंटों के अणु भी द्विखंडीय संरचना वाले होते हैं; लेकिन इनके निर्माण हेतु भी पॉलीविनाइलपॉलीअमीन को ही उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है। अतः, AP प्रकार के डिसऑर्मेंटेंटों के अणु, AE प्रकार के डिसऑर्मेंटेंटों के अणुओं की तुलना में लंबे होते हैं। एई प्रकार, दो-खंडीय संरचना वाला कच्चे तेल हेतु डिमर्सेंट है; यह एस्फाल्टीनयुक्त कच्चे तेल के दूधिया घोलों को अलग करने हेतु भी उपयुक्त है। एस्फाल्ट-आधारित कच्चे तेल में, जितना अधिक चर्बी-प्रेमी सरफैक्टंट होता है, उतनी ही अधिक चिपचिपाहट होती है; इसके अलावा, तेल एवं पानी के घनत्व में अंतर कम होता है, जिससे तेल आसानी से अलग न जबकि AE प्रकार के डिमर्सेंट का उपयोग करने से डिमर्जेंस की प्रक्रिया तेज हो जाती है; साथ ही, AE प्रकार के डिमर्सेंट, मोम को रोकने एवं तरलता को कम करने हेतु भी अच्छे उपाय हैं। अपनी बहु-शाखाओं वाली संरचना के कारण, ऐसी संरचनाएँ आसानी से छोट-छोटे नेटवर्क बना लेती हैं। इन नेटवर्कों में कच्चे तेल में मौजूद पैराफिन क्रिस्टल फंस जाते हैं; जिससे पैराफिन क्रिस्टलों की स्वतंत्र गति रुक जाती है, एवं वे आपस में जुड़ नहीं पाते। इस प्रकार पैराफिन की जालीदार संरचना बन जाती है, जिससे कच्चे तेल का चिपचिपापन एवं घनीकरण बिंदु कम हो जाता है। इस तरह पैराफिन क्रिस्टलों के एक साथ जुड़ने से रोका जा सकता है, एवं इसी तरह पैराफिन से बचा जा सकता है। 4. एआर-प्रकार के डिमर्सेंट: एआर-प्रकार के डिमर्सेंट, अल्काइल फेनॉलफॉर्माल्डिहाइड रेजिन (AR रेजिन) एवं पॉलीऑक्सीएथिलीन/पॉलीऑक्सीप्रोपीलीन के मिश्रण से बने नए प्रकार के तेल-घुलनशील, गैर-आयनिक डिमर्सेंट हैं। इनका HLB मान लगभग 4–8 होता है, एवं इनका उपयोग 35–45°C जैसे कम तापमान पर भी किया जा सकता है। आणविक संरचना का सूत्र है: AR(PO)x(EO)yH, जहाँ: EO = पॉलीऑक्सीएथिलीन। ； PO-पॉलीऑक्सीप्रोपिलीन ； एआर-रेजिन ； x, y, z – अभिसरण स्तर। एआर रेजिन, डिमर्जेंटों के संश्लेषण की प्रक्रिया में, एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है; साथ ही, यह डिमर्जेंटों के अणुओं में भी शामिल होकर वहाँ “लिपोफिलिक समूह” का कार्य करता है। AR प्रकार के डिमर्स की विशेषताएँ यह हैं: इनके अणु आकार में छोटे होते हैं; 5℃ से अधिक तापमान पर भी ये अच्छी तरह घुलते, फैलते एवं प्रवेश कर पाते हैं। इसके कारण एमल्शन में मौजूद जल-बूँदें आपस में जुड़ जाती हैं। 45℃ से कम तापमान पर, 45 मिनट के भीतर ही 50% से 70% जल-सांद्रता वाले कच्चे तेल से 80% से अधिक जल निकाला जा सकता है। यह SP एवं AP प्रकार के डिमर्स की तुलना में बेहतर है।