प्रक्रिया अभियांत्रिकी

प्रक्रिया अभियांत्रिकी : कच्च्या मालावर किंवा पदार्थावर व्यापारी दृष्ट्या फायदेशीर असलेली यांत्रिक किंवा रासायनिक प्रक्रिया करून उपभोग्य किंवा ग्राहकोपयोगी गुणधर्माचा पदार्थ वा वस्तू उत्पादित करणे हा प्रक्रिया अभियांत्रिकीचा उद्देश असतो. विशेषतः रासायनिक क्षेत्रात लागलेला एखादा नवीन शोध प्रत्यक्ष व्यवहारात आणण्याकरिता लागणाऱ्या टप्प्यांचाच या ठिकाणी विचार केला आहे (अशाच स्वरूपाचे टप्पे इतर उत्पादन क्षेत्रांत विचारात घ्यावे लागतात). अशुद्ध खनिज तेलापासून व्यवहारात उपयोगी असणारे पेट्रोल, डीझेल, केरोसीन, वंगण वगैरे प्रकार तयार करणे, पाणी व वीज यांच्या साहाय्याने रासायनिक खतांचे उत्पादन करणे, ही प्रक्रिया अभियांत्रिकीची उदाहरणे देता येतील.

विविध टप्पे : प्रयोगशाळेतील संशोधन व प्रत्यक्ष उत्पादन यांमधील टप्पे स्थूलमानाने पुढीलप्रमाणे असतात : (१) मूलभूत संशोधन, (२) उपयोजित संशोधन, (३) अभियांत्रिकीय विकसन आणि (४) यंत्रसामग्रीची उभारणी व उत्पादन.

(१) मूलभूत संशोधन : रासायनिक प्रक्रियांचा उगम मूलभूत संशोधनामध्ये असतो. असे मूलभूत संशोधन विविध विद्यापीठांत किंवा मोठ्या उद्योगसमूहांच्या मदतीवर चालविण्यात येणाऱ्या औद्योगिक प्रयोगशाळांत केले जाते. एखाद्या प्रक्रियेचा शोध लागल्यावर तीतील तत्त्वप्रणाली प्रस्थापित केली जाते. तसेच प्रक्रियेतील प्रचलांचे (विशिष्ट परिस्थितीत स्थिर राहणाऱ्या राशींचे) परस्परसंबंध दर्शविणारी गणितीय समीकरणे प्रस्थापित केली जातात. जरूर असल्यास आणखी संशोधन करून प्रक्रियेचा सैद्धांतिक मूलाधार ठरविला जातो. रासायनिक उद्योग हा विकसित देशांतील महत्त्वाचा उद्योग आहे. भारतातही ह्या उद्योगाला महत्त्व प्राप्त झाले असून दिवसेंदिवस ते वाढतच जाणार आहे. रासायनिक उद्योगात खूपच स्पर्धा असल्यामुळे नवनवीन प्रक्रिया किंवा पदार्थ तयार करून प्रत्येक उद्योगसमूह आपले अग्रेसरत्व टिकविण्याकरिता मूलभूत संशोधनात सक्रिय भाग घेतात. याकरिता मोठमोठे उद्योगसमूह स्वतंत्र प्रयोगशाळा प्रस्थापित करतात. तसेच राष्ट्रीय प्रयोगशाळांतही विशिष्ट समस्यांवर संशोधन करण्याकरिता खर्च करण्यात येतो.

(२) उपयोजित संशोधन : जेव्हा एखादा उद्योगसमूह मूलभूत संशोधनाचा उपयोग करून एखादा पदार्थ किंवा वस्तू तयार करण्याचे ठरवितो तेव्हा त्यासंबंधी उपयोजित (व्यवहारोपयोगी) संशोधन हाती घेतले जाते. प्रयोगशाळेतील प्रक्रिया व प्रत्यक्ष उत्पादन केंद्रातील प्रक्रिया यांमध्ये आकारमानाचा फरक असतो आणि त्यामुळे पुष्कळ समस्या निर्माण होतात. रासायनिक प्रक्रिया प्रणालीमध्ये गाळण क्रिया, ऊर्ध्वपातन (वाफ करून व ती मग थंड करून द्रवमिश्रणातील घटक अलग करण्याची क्रिया), भंजन (उष्णतेचा उपयोग करून मोठ्या रेणूंचे लहान रेणूंत रूपांतर करणे), उष्णताविनिमय इ. विविध एकक (घटक) प्रक्रियांकरिता लागणारी यंत्रसामग्री एकमेकांस विशिष्ट क्रमानुसार जोडलेली असते. तसेच काही नवीन प्रक्रियांकरिता नवीन यंत्रसामग्री बनवावी लागते. त्याकरिता उपयोजित संशोधनाची जरूरी लागते. उपयोजित संशोधन करीत असताना काही क्षेत्रांत नवीन समस्या निर्माण होऊन मूलभूत संशोधन करण्याची जरूरी कित्येकदा भासते. अशा समस्या मूलभूत संशोधन केंद्राकडे पाठवितात. स्थूलमानाने यंत्रसामग्री ठरविल्यानंतर प्रक्रिया प्रणाली व्यवहारात आणण्यास लागणाऱ्या खर्चाचा स्थूलमानाने (तपशीलात न शिरता) अंदाज काढता येतो. बाजारपेठेची पाहणी करून उत्पादनाची राशी व किंमत यांचा प्राथमिक अंदाज काढला जातो. भांडवलातील संभाव्य प्रतिलाभ काढला म्हणजे व्यापारी दृष्ट्या योजना सफल होईल किंवा नाही याची कल्पना येते. कोणत्याही उद्योगसमूहाजवळ अमर्यादित भांडवल नसते तसेच एकाच वेळी समूहाकडे एकापेक्षा अधिक योजनाही विचाराधीन असतात. त्यामुळे एखाद्या विशिष्ट नवीन उत्पादन योजनेत भांडवल गुंतवावयाचे किंवा नाही याबद्दल निर्णय घेताना केव्हाही जास्तीत जास्त फायद्याच्या योजनेची निवड केली जाते. विशिष्ट उत्पादन योजना फायद्याची असल्यास त्यापुढील टप्पा म्हणजे अभियांत्रिकी विकसन कार्यान्वित केला जातो.

(३) अभियांत्रिकी विकसन : या टप्प्यात प्रक्रिया प्रणालीतील यंत्रसामग्रीचे अभिकल्प (आराखडे) तयार केले जातात. त्याचबरोबर बाजारपेठेची पहाणी करून अपेक्षित मागणीचे तपशीलवार अंदाज तयार केले जातात. पुन्हा एकदा खर्चाचा अंदाज व अपेक्षित फायदा यांचे अंदाज दुरुस्त केले जातात. ह्या टप्प्याला तांत्रिक व बाजारपेठेशी तपशीलवार माहिती उपलब्ध असल्यामुळे भांडवल गुंतवणूक व नफ्याचे प्रमाण यांचे अंदाज जास्त विश्वसनीय होतात. उद्योगसमूहाला या टप्प्याला उत्पादन हाती घ्यावयाचे किंवा नाही, हे ठरविण्याचा अंतिम निर्णय यावा लागतो. उत्पादन करण्याचा अंतिम निर्णय झाल्यावर यंत्रसामग्री, कच्चा माल, बाहेरून विकत घ्यावयाचे सुटे भाग यांचे तपशीलवार विनिर्देश (परिमाणे व इतर राशी, कार्य, रचना व गुणवत्ता इत्यादींसंबंधीचे वर्णन) व आरेख (ड्रॉईंग्ज) तयार केले जातात. जरूर असल्यास मार्गदर्शी संयंत्र (अंतिम योजना कार्यवाहीत आणण्याच्या दृष्टीने मार्गदर्शक होणारा लहान प्रमाणावरील यंत्रसंच) तयार केले जाते व त्याच्या परीक्षणावरून मूळ अभिकल्पात आवश्यक ते बदल केले जातात. विविध टप्प्यांत निर्माण होणाऱ्या समस्या त्या आधीच्या टप्प्याच्या विशिष्ट क्षेत्रात येत असल्यास त्या त्या टप्प्यात काम करणाऱ्या तंत्रज्ञांकडे पाठविल्या जातात. वर दिलेल्या टप्प्यांमध्ये कार्यवाहीच्या दृष्टीने लवचिकपणा असतो. टप्प्यांची संख्या ही उत्पादन केंद्राचे आकारमान व व्यवस्थापन यांवर अवलंबून असते. एक टप्पा पूर्ण झाल्याशिवाय दुसरा टप्पा चालू करता येत नाही असे नाही. आधीचा टप्पा पूर्ण होण्याच्या अगोदरच दुसरा टप्पा चालू करतात. म्हणजे प्रणाली पूर्णतः उभारण्यास लागणारा कालखंड कमी करता येतो. एक टप्पा पूर्ण झाल्यावर मगच त्याच्यापुढील सुरू करावयाचा अशी पद्धत बहुधा वापरीत नाहीत, कारण रासायनिक उत्पादन क्षेत्रात वेळेचे फार महत्त्व आहे. विशेषतः रासायनिक उद्योग क्षेत्रात एखादा अभिनव पदार्थ बाजारपेठेत आल्यावर पहिली काही वर्षे फायद्याचे प्रमाण जास्त असते परंतु स्पर्धा जास्त असल्यामुळे दुसरी उत्पादन संस्था तोच पदार्थ तयार करून कमी किंमतीत विकणे शक्य असते. आधुनिक तंत्रज्ञानाच्या विस्ताराचा वेग इतका आहे की, एखाद्या प्रक्रिया प्रणालीचे पूर्ण विकसन होण्यापूर्वीच नवीन जास्त कार्यक्षम प्रणालीचा शोध लागण्याची शक्यता असते.

(४) यंत्रसामग्रीची उभारणी व उत्पादन : उत्पादन करण्याचा अंतिम निर्णय झाल्यावर आणि अंतिम आरेख व विनिर्देश तयार झाल्यावर यंत्रसामग्री विकत घेण्याची कार्यवाही केली जाते. इमारत व यंत्रांचे पाये, यंत्रसामग्री उभारण्याचा अनुक्रम, विशिष्ट मनुष्यबळ इ. सर्व बाबींचा तपशील तयार करून वेळापत्रक तयार केले जाते. उभारणी पूर्ण झाल्यावर एककांची (प्रणालीतील घटक प्रक्रियांची) व पूर्ण प्रणालीची चाचणी घेतली जाते आणि नंतर नियमित उत्पादन करण्यास सुरुवात केली जाते. सुरुवातीच्या काही कालखंडात यंत्रसामग्रीत अडचणी येण्याची शक्यता असते व त्या सोडविणे अत्यावश्यक असते. त्यामुळे उत्पादन सुरळीतपणे चालू होण्यास काही महिनेही लागतात. उत्पादन प्रत्यक्ष बाजारपेठेत येण्यापूर्वी योग्य प्रसिद्धी देऊन अनुकूल वातावरण निर्माण करावे लागते. 

  प्रक्रिया प्रणाली अभिकल्प : प्रणालीचे अभियांत्रिकीय विकसन करताना प्रणालीचा प्रक्रिया अनुक्रम तक्ता तयार केलेला असतो. त्यावरून विविध एकक प्रक्रियांची यंत्रसामग्री जोडण्याचा क्रम, तापमान, दाब, तसेच बाष्प, पाणी आणि रसायने यांचे प्रवाह, प्रक्रियेतील विविध पदार्थांचे वितरण यांसंबंधी माहिती मिळते. प्रणालीतील एकके एकमेकांस जोडलेली असल्यामुळे प्रत्येक एकक प्रक्रियेतील तापमान, दाब, प्रवाह, पदार्थांची राशी यांवर निर्बंध येतात. एकक प्रक्रियेतील प्रचलांमधील संबंध दर्शविणारी समीकरणे ऊष्मागतिकी सिद्धांत [⟶ऊष्मागतिकी], प्रवाहगतिकी सिद्धांत [⟶ द्रायुयामिकी] व रासायनिक प्रक्रियेतील पदार्थांचे परस्परसंबंध यांवरून काढता येतात. अभिकल्पातील चलपदे (ज्यांची मूल्ये बदलत असतात अशा राशी) व समीकरणे यांच्या संख्येवरून पुढे दिल्याप्रमाणे मुक्तता मात्रा (ज्यांची मूल्ये इच्छेनुरूप निश्चित करता येतात अशा चलपदाची संख्या) काढता येतात.

मुक्तता मात्रा = चलपदांची संख्या – समीकरणांची संख्या.

चलपदांपैकी काही स्वयंचलपदे असतात व काही अवलंबी चलपदे असतात. स्वयंचलपदांपैकी काहींची मूल्ये परिसरावर किंवा जोडलेल्या प्रक्रिया एककांवर अवलंबून असतात. उदा., उष्णता विनिमयकामध्ये (दोन द्रायू – द्रव वा वायू – एकमेकांपासून अलग ठेवून अधिक तापमानाच्या द्रायूतील उष्णतेने कमी तापमानाच्या द्रायूला तापविण्याच्या साधनामध्ये) उपलब्ध पाणी वापरावयाचे असल्यास त्या पाण्याचे तापमान परिसराच्या तापमानापेक्षा कमी असणार नाही अशा तऱ्हेने काही स्वयंचलपदांची मूल्ये निर्धारित होतील व त्यांना विविध मूल्ये धारण करता येत नाहीत म्हणून वर दिलेल्या समीकरणाने काढलेल्या मुक्तता मात्रा कमी होतील. एखादी प्रक्रिया जास्तीत जास्त कार्यक्षम होण्याच्या दृष्टीने स्वयंचलपदांची विविध मूल्ये घेऊन प्रक्रियेवर होणारे परिणाम पाहिले जातात व ज्या मूल्यामुळे प्रक्रिया इष्टतम होईल ती मूल्ये अभिकल्पात वापरतात. अभिकल्पात समाविष्ट करण्यात येणाऱ्या स्वयंचलपदांना अभिकल्प चलपदे म्हणतात.

अभिकल्प चलपदांची संख्या = मुक्तता मात्रांची संख्या – परिसराने निर्बंधित असणारी चलपदे.

तसेच अभिकल्प चलपदांची मूल्ये एखाद्या अभिसीमेत (मर्यादांत) येत असल्यास त्याचा विचार करावा लागतो. त्या अभिकल्प चलपदांची अभिसीमा अत्यंत कमी असते (अरुंद असते) अशी चलपदे प्रथम विचारात घ्यावी लागतात. प्राथमिक अभिकल्पात प्रभावी स्वयंचलपदांचा विचार केला जातो. ज्या स्वयंचलपदांच्या मूल्यात थोडा फरक केल्यास प्रक्रियेवरील अंतिम परिणाम जास्त असतो, अशा चलपदांना प्रभावी स्वयंचलपदे म्हणतात. या वेळी दुय्यम स्वयंचलपदांचा विचार करीत नाहीत. कारण समीकरणे जटिल (गुंतागुंतीची) होतात व अभिकल्प तयार करण्यास वेळ लागतो. उदा., ऊर्ध्वपातन प्रक्रियेमध्ये मुख्य पदार्थ विचारात घेतला जातो किंवा लेश (अत्यल्प प्रमाणातील) पदार्थ विचारात घेतले जात नाहीत परंतु प्रदूषणाच्या दृष्टीने हानिकारक द्रव्यविरहित निःसरण (टाकाऊ पदार्थ) पाहिजे असल्यास लेश पदार्थ विचारात घ्यावे लागतील व योग्य ती उपाययोजना अभिकल्पात समाविष्ट करावी लागेल. एखाद्या प्रक्रियेत दोन वायूंचे प्रमाण विशिष्ट असणे महत्त्वाचे असेल व विशिष्ट गुणांकांच्या पेक्षा ते जास्त झाल्यास प्रक्रिया बंद पडण्याची किंवा अपघात होण्याची शक्यता असेल, तर अशा चलपदाचा अभिकल्पात काळजीपूर्वक विचार करावा लागतो. अभिकल्प स्वयंचलपदे निवडणे किंवा प्रक्रिया इष्टतम करताना त्यांची मूल्ये ठरविणे हे मोठे कठीण असते परंतु हे काम सुलभ होण्याच्या दृष्टीने काही पद्धती प्रस्थापित झालेल्या आहेत त्यांचा पुष्कळ उपयोग होतो. प्रक्रिया प्रणालीतील प्रत्येक प्रक्रिया एकक इष्टतक करण्यापेक्षा संपूर्ण प्रणाली जास्तीत जास्त कार्यक्षम करण्याचा उद्देश असतो. हे करीत असताना प्रत्येक एकक प्रक्रियेच्या बाबतीत अभिकल्पात तडजोड करावी लागते. स्वतंत्रपणे प्रत्येक एकक प्रक्रिया इष्टतम असेलच असे नाही. एकंदर यंत्रप्रणाली व त्यांना जोडणाऱ्या नळांचे जाळे जास्त व्यवस्थित होत असल्यास किंवा दुरुस्ती व देखभाल करण्यास सोपे होत असल्यास इष्टतम अभिकल्पात अशी तडजोड करावी लागते.

आर्थिक अर्हता : आतापर्यंतच्या विवेचनात वर्णन केलेल्या प्रत्येक टप्प्याला प्रणालीची आर्थिक अर्हता (क्षमता) तपासून पाहिली जाते व व्यापारी दृष्ट्या फायद्याचे असेल, तरच शेवटी उत्पादन करण्याचा निर्णय घेतला जातो, असे म्हटले आहे. आर्थिक अर्हता ठरविताना भांडवली खर्च व उत्पादन खर्च विचारात घेतात.

भांडवली खर्च हा तीन प्रकारचा असतो : (१) स्थिर भांडवल, (२) पूरक सोयीवरील भांडवली खर्च व (३) खेळते भांडवल.

(१) स्थिर भांडवल : प्रक्रिया क्षेत्रातील यंत्रसामग्री व इमारती यांवरील खर्च या सदरात येतो. ही भांडवली गुंतवणूक सर्वांत जास्त जोखमीची असते, कारण विशिष्ट प्रक्रिया कालबाह्य ठरली किंवा उत्पादन जास्त खर्चिक झाल्यास उत्पादनाचा बाजारपेठेत उठाव होणार नाही. यंत्रसामग्रीचा दुसरा काही उपयोग नसल्यास सर्व भांडवली गुंतवणूक वाया जाण्याचा संभव असतो. काही वेळा यंत्रसामग्री विकून भांडवलाचा काही भाग परत मिळू शकतो.

(२) पूरक सोयीवरील भांडवली खर्च : रासायनिक प्रक्रियेमध्ये आवश्यक असलेल्या वाफ व विद्युत्‌ उत्पादनाला लागणारी यंत्रसामग्री व इमारती यांवरील खर्च, अग्निशामक व सुरक्षा यंत्रणांवरील भांडवली खर्च ह्यांचा समावेश होतो. विचाराधीन असलेली प्रक्रिया प्रणाली स्वतंत्रपणे उभारावयाची असल्यास या सर्व पूरक सोयी स्वतंत्रपणे करणे जरूर असते परंतु उद्योगसमूहाच्या इतर उत्पादन प्रणाली त्याच जागेत असल्यास या सोयी सर्व उत्पादन समूहाला सामूहिक असू शकतात. अशा सोयीकरिता वार्षिक आकारणी करून उत्पादन खर्चात समावेश करतात, मग भांडवली खर्चामध्ये हा खर्च येत नाही.

(३) खेळते भांडवल : खेळते भांडवल म्हणजे उत्पादन अखंडितपणे चालू ठेवण्यासाठी लागणारे भांडवल. उत्पादनात खंड पडू नये म्हणून कच्च्या मालाचा योग्य साठा, बाजारपेठेत उत्पादित पदार्थाचा तुटवडा पडू नये म्हणून पक्क्या मालाचा कायम ठेवलेला साठा, तसेच प्रत्यक्ष प्रक्रियेत असलेला मालाचा साठा व अशा प्रकारचे मालाचे साठे आवश्यक असतात. या तीनही प्रकारच्या मालाची किंमत व उत्पादन खर्च यांकरिता खेळते भांडवल लागते. पूरक सोयीकरिता लागणारे भांडवल व खेळते भांडवल यांमध्ये जोखीम नसते. 

उत्पादन खर्चात तीन प्रकारचे खर्च येतात : (१) उत्पादनाच्या राशीवर अवलंबून नसलेले खर्च, (२) उत्पादनाच्या राशीवर अवलंबून असलेले खर्च, (३) वेतन खर्च.

(१) मालमत्तेवरील कर, विमा, अग्निशामक व सुरक्षा दलावरील खर्च, प्राथमिक वैद्यकीय सेवा, व्यवस्थापन, वाहतूक, प्रयोगशाळा, यांवरील खर्च उत्पादनाच्या राशीवर अवलंबून असत नाहीत. उत्पादन केले नाही, तरी यंत्रसामग्री व इमारती यांची देखभाल करावी लागते व त्याकरिता लागणाऱ्या  कर्मचाऱ्यांचे वेतन व माल यांचा समावेश करावा लागतो. वर दिलेल्या बाबींवरील खर्च स्थिर भांडवलाच्या टक्केवारीत घेतात.

(२) उत्पादनाच्या राशीवर अवलंबून असलेले खर्च पुढीलप्रमाणे असतात : प्रक्रियेमध्ये लागणारा कच्चा माल, पूरक रासायनिक पदार्थ, वाफ व वीज यांवरील खर्च, उत्पादनामुळे कराव्या लागणाऱ्या देखभालीवरील खर्च, गुदामे व वाहतूक यांवरील खर्च, उत्पादन गुणवत्ता इत्यादी. उत्पादनाची राशी विचारात घेताना प्रणालीची उत्पादनक्षमता लक्षात न घेता प्रत्यक्ष उत्पादन राशी विचारात घेतात. यंत्रसामग्री नवीन असताना प्रत्यक्ष उत्पादन प्रणालीच्या उत्पादनक्षमतेपेक्षा कमी असते. काही काळानंतर यंत्रसामग्रीतील लहानसहान दोष  काढून टाकल्यावर प्रत्यक्ष उत्पादन प्रणालीच्या उत्पादनक्षमतेपेक्षा जास्त होऊ शकते.

(३) वेतन खर्चामध्ये यंत्रसामग्री चालविण्याकरिता लागणाऱ्या कामगारांचे वेतन, अधीक्षक वर्गाचे वेतन व कामगारांना पगाराव्यतिरिक्त मिळणारे आर्थिक फायदे यांचा समावेश होतो.

रासायनिक उत्पादनाचा भांडवली व उत्पादन खर्च उत्पादन केंद्राच्या स्थळाच्या निवडीवर अवलंबून असतो. साधारणपणे स्थलनिश्चिती अशा तऱ्हेने करतात की, ज्यामुळे उपलब्ध कच्च्या मालावर प्रक्रिया करून ग्राहकाला उत्पादित पदार्थ कमीत कमी किंमतीत मिळू शकेल. उत्पादनाच्या दृष्टीने सर्व प्रकारचे पदार्थ वा भाग विचारात घ्यावे लागतात. उदा., कच्चा व पक्का माल, दुरुस्तीकरिता लागणारे यंत्रांचे सुटे भाग, उत्पादित मालाच्या वाहतुकीकरिता लागणारी आवेष्टने इत्यादी. ज्या कच्च्या मालाच्या प्रक्रियेमध्ये वजन बरेच कमी होते अशी उत्पादन केंद्रे कच्च्या मालाच्या पुरवठा क्षेत्राजवळ असणे जरूर असते. उदा., धातूच्या निष्कर्षणाचे (खनिजापासून धातू अलग करण्याचे) कारखाने खाणीच्या जवळ असणे फायद्याचे असते. ज्या वेळी कच्च्या मालाच्या वजनात प्रक्रियेमध्ये फारसा फरक पडत नाही त्या वेळी उत्पादन केंद्रे बाजारपेठेजवळ असणे चांगले असते. उदा., खनिज तेलाचे परिष्करण करणारे कारखाने तेल विहिरीपासून हजारो किमी. दूर असतात. स्फोटक द्रव्यांची वाहतूक करणे धोकादायक असते म्हणून उत्पादन केंद्र ग्राहक पेठेजवळ असणे अपरिहार्य असते. रासायनिक प्रक्रियेत पाण्याचा पुरवठा मुबलक लागतो, तसेच पाण्यातून अपशिष्ट (टाकाऊ) द्रव्यांचा निचरा करणे सोपे असते. त्यामुळे पाणी मुबलक उपलब्ध असणे जरूर असते. कारखान्यात कुशल व अकुशल असे दोन्ही प्रकारचे कामगार लागतात व त्यांची स्थानिक उपलब्धता महत्त्वाची असते. दुसऱ्या  ठिकाणाहून कामगार आणावे लागत असल्यास उत्पादन केंद्राच्या आसपास राहण्याची जागा, करमणुकीची साधने, वाहतुकीची साधने यांचा विचार करावा लागतो व जरूर पडल्यास यांसाठी भांडवली खर्च करावा लागतो. पुष्कळदा सरकार उद्योगधंद्यांचे विकेंद्रीकरण करण्याकरिता सवलती देते व त्याचा फायदा लक्षात घ्यावा लागतो. एखाद्या ठिकाणी (उदा., मुंबई, पुणे येथे) इतर प्रकारची उत्पादन केंद्रे असल्यामुळे स्थानिक वेतन श्रेणी उच्च असणे आणि इतर उद्योगधंद्यांतील कामगार-मालक संबंध या गोष्टींचाही परिणाम नवीन स्थापन होणाऱ्या  उद्योगधंद्यावर होतो.

भांडवली खर्चात मुख्य भाग यंत्रसामग्रीच्या किंमतीचा असतो. प्रथमतः खर्चाचा अंदाज स्थूलमानाने काढावा लागतो. अंदाज कमीत कमी वेळात काढणे जरूर असले, तरी हा अंदाज प्रत्यक्ष खर्चाच्या सु. १५% कमीजास्त असणे तितकेच जरूरीचे असते. यंत्रसामग्रीची किंमत क्वचितच स्थिर राहते, तसेच ती स्थानपरत्वे बदलत असते. म्हणून अगदी वर्तमान किंमत पाहिजे असल्यास यंत्रसामग्रीच्या उत्पादकाकडून ती मिळवावी लागते व त्यास कालावधी लागतो. उत्पादकाच्या सूचीवरून तांत्रिक तपशील व किंमती मिळू शकतात. रासायनिक विषयांवरील नियतकालिके, तसेच रासायनिक उत्पादकांच्या संघटना व रासायनिक अभियंत्यांच्या व्यावसायिक संघटना वेळोवेळी यंत्रसामग्रीच्या किंमती किंवा उत्पादन खर्चाचे गुणांक यासंबंधी विविध माहिती प्रसिद्ध करीत असतात. त्यावरून ⇨ अंतर्वेशन व बहिर्वेशन करून वर्तमान किंमतीचा अंदाज करता येतो. एखाद्या उद्योगसमूहाचे नवीन उत्पादनासारखेच उत्पादन करणारे उत्पादन केंद्र दुसऱ्या  ठिकाणी असल्यास तेथील यंत्रसामग्रीच्या किंमतीवरून नवीन उत्पादन केंद्रातील यंत्रसामग्रीवरील खर्च काढता येतो. उपलब्ध असलेली अनुभवजन्य समीकरणे वापरूनही खर्चाचे अंदाज काढता येतात परंतु अशी अनुभवजन्य समीकरणे फार काळजीपूर्वक वापरावी लागतात. प्रणालीमधील एकक प्रक्रियांतील यंत्रसामग्रीचा भांडवली खर्च काढल्यानंतर विविध एकक प्रक्रियांना जोडणारे नळांचे जाळे, नियंत्रक व इतर उपकरणे, प्रक्रिया इमारत, प्रक्रियेच्या प्रत्यक्ष क्षेत्राच्या बाहेरील नळकाम इ. बाबींवरील खर्च यंत्रसामग्रीच्या भांडवली खर्चाच्या विशिष्ट गुणांकात समाविष्ट केला जातो. उदा., प्रक्रिया इमारतीचा खर्च ०·६ ते १·०० प्रक्रिया नियंत्रक उपकरणे ०·१० ते ०·१५ असे गुणांक घेतात. 

उत्पादन खर्चाचा जो भाग उत्पादन राशीवर अवलंबून नसतो त्याचा अंदाज स्थिर भांडवली खर्चाच्या गुणांकात पूर्वानुभवावरून ठरवितात किंवा मागे दिलेल्या माहिती उद्‌गमावरून तो मिळू शकतो. हा खर्च साधारणपणे स्थिर भांडवलाच्या १० ते २०% असतो. उत्पादन खर्चाच्या दुसऱ्या भागातील खर्चाचा अंदाज काढण्याकरिता कच्चा माल व पूरक रसायने यांच्या किंमतींवरून वार्षिक खर्च काढता येतो. पूर्वानुभवावरून विविध रासायनिक पदार्थांच्या प्रत्येक किग्रॅ. उत्पादनासाठी वापरात येत असलेल्या वीज, पाणी व वाफ यांचे प्रमाण उपलब्ध असते. उदा., एक किग्रॅ. सोडियम तयार करण्यास १०·८ किवॉ. तास वीज, ५·१ किग्रॅ. वाफ व ३०८ लि. पाणी लागते. स्थानिक दरावरून वार्षिक उत्पादन खर्च काढता येतो. रासायनिक उद्योगात कित्येकदा स्वयंचलित प्रक्रिया वापरण्यात येत असल्यामुळे कामगारांच्या वेतनावरील खर्च एकंदर उत्पादन खर्चाच्या ५-१०% येतो. ज्या ठिकाणी मनुष्यबळ जास्त वापरले जाण्याचा संभव आहे, अशा ठिकाणी हाच खर्च २५% पर्यंत जाणे शक्य असते.

उत्पादित मालाची बाजारपेठेत विक्री करून जे उत्पन्न येते त्यातून प्रसिद्धी व विक्रीकरिता होणारा खर्च वजा केल्यास उत्पादन केंद्राचे उत्पन्न मिळते. उत्पादन केंद्राच्या उत्पन्नातून उत्पादन खर्च, घसारा व सरकारी कर वजा केल्यास उत्पादन केंद्राचा निव्वळ नफा व प्रतिलाभाचा दर मिळतो. प्रतिलाभाचा दर हीच उत्पादनाची आर्थिक अर्हता ठरते. प्रतिलाभाचा दर उद्योगसमूहाच्या सरासरी प्रतिलाभापेक्षा कमी असल्यास उत्पादन करणे फायद्याचे ठरत नाही. प्रक्रिया प्रणालीचा अभिकल्प तयार करताना प्रतिलाभाचा दर जास्तीत जास्त करण्याचा उद्देश असतो. प्रतिलाभ इष्टतम करण्याकरिता लागणारा भांडवली खर्च काढण्याच्या पद्धती आता प्रस्थापित झाल्या आहेत.

विविध उद्योगधंद्यांतील भांडवली गुंतवणूक कमीअधीक जोखमीची असते. आर्थिक अर्हता ठरविताना उद्योगातील भांडवली गुंतवणूक व जोखमीची संभाव्यता यांचा विचार करून प्रतिलाभाच्या दरात फरक करण्याची पद्धत आहे. जितकी जास्त जोखीम तितका प्रतिलाभाचा दर जास्त करता येतो. हे जोखमीच्या संभाव्यतेकरिता विमा उतरण्यासारखेच आहे. विम्याचा हप्ता हा वाढीव प्रतिलाभाप्रमाणे होता. वाढीव दर ठरविताना पूर्वानुभव उपयोगी पडतो. ज्या उत्पादनाच्या कच्च्या मालासंबंधी किंवा प्रक्रियेसंबंधीची किंवा बाजारातील मागणीसंबंधीची माहिती अनिश्चित स्वरूपात उपलब्ध असेल अशा उद्योगाची आर्थिक अर्हता ठरविताना भांडवलावरील प्रतिलाभाचे प्रमाण २० ते १०० टक्क्यांनी वाढवितात. संभाव्य उपलब्ध माहितीच्या अनिश्चिततेमुळे भांडवली गुंतवणुकीची जोखीम वाढते. मालाला असणारी मागणी, विक्रीचे दर, प्रक्रियेची आयुर्मर्यादा, यंत्रसामग्री बंद पडण्याची शक्यता, उत्पादन खर्च यांच्या भविष्य कालखंडातील अंदाजात अनश्चितता असते परंतु प्रत्येक बाबीची संभाव्यता व तिचे अंतिम प्रतिलाभावर होणारे परिणाम लक्षात घेऊन समीकरणे प्रस्थापित करणे शक्य झाले आहे. त्यामुळे आर्थिक अर्हतेतील अनिश्चितता बरीच कमी झाली आहे. प्रक्रियेतील काही विभागांमध्ये प्रक्रियेचे स्वरूप अनिश्चित असते व उत्पादनक्षमता कमी होऊ न देण्याकरिता अशा विभागाचा अभिकल्प करताना त्याचे आकारमान म्हणजेच त्या विभागाची उत्पादनक्षमता जरूरी असलेल्या क्षमतेपेक्षा जास्त ठेवतात. त्यातसुद्धा प्रक्रियेची कार्यक्षमता कमी होण्याची संभाव्यता लक्षात घेतली जाते. एखादे नवीन उत्पादन बाजारपेठेत येण्याच्या आधी पुढील दहा वर्षांतील संभाव्य मागणी संबंधीची माहिती तयार केलेली असते. आद्य (सुरुवातीचे) उत्पादन बाजारपेठेतील संपूर्ण मागणी पुरी करू शकेलच असे नाही. आद्य उत्पादनक्षमता आर्थिक दृष्ट्या फायद्याची होईल अशा तऱ्हेने ठरवितात. काही कालखंडानंतर उत्पादनक्षमता वाढविण्यात येते. आद्य उत्पादनक्षमता मागणीपेक्षा फारच मोठी असेल आणि जर मागणी अचानक कमी झाली, तर नुकसान होण्याचा संभव असतो. उत्पादनक्षमता जितकी जास्त तितका उत्पादन खर्च कमी होईलच असे नसते, कारण उत्पादनक्षमता फार मोठी झाल्यास इतर समस्या निर्माण होऊन खर्च वाढण्याचा संभव असतो. आद्य उत्पादन सुरू झाल्यापासून केव्हा व किती उत्पादनक्षमता वाढवावी लागणार आहे, याचा अंदाज संभाव्य मागणी आलेखावरून काढतात. भविष्यातील वाढीव क्षमतेकरिता लागणाऱ्या  भांडवली खर्चाचे अंदाजही तयार करतात. वर्तमान भांडवली खर्चामध्ये एवढ्या रकमेचा समावेश केला जातो की, वर्तमानकाळात तीच रक्कम चक्रवाढ व्याजाने गुंतवली, तर वाढीव क्षमता जरूर असलेल्या वेळी पुरेशी रक्कम उपलब्ध व्हावी. संभाव्यता लक्षात घेऊन निर्णय घेण्यास मदत होईल असे सैद्धांतिक शास्त्र निर्णय सिद्धांत [⟶ निर्णय पद्धति] या नावाखाली विकसित होत असून त्याचा उपयोग अभियंत्याला अभिकल्प तयार करताना होईल. 

प्रक्रियेतील धोके व घटकांची मांडणी : रासायनिक प्रक्रिया प्रणालीमध्ये कित्येकदा धोकादायक परिस्थिती निर्माण होण्याची शक्यता असते आणि अभिकल्प तयार करीत असतानाच त्याविरुद्ध योजना करावी लागते. एका रासायनिक कारखान्यात एक झडप बंद करण्याचे विसरल्यामुळे विक्रियासंचाचे ६० टन वजनाचे पात्र स्फोट होऊन फुटले व मोठा अपघात झाला. अपघात झाल्यानंतर करण्यात आलेल्या चौकशीत असे दिसून आले की, झडप बंद करण्याची यंत्रणा व कार्यवाही करण्याच्या सूचना निर्दोष नव्हत्या, म्हणून प्रक्रिया प्रणालीतील प्रत्येक घटकाचा अभिकल्प करताना घटकात दोष उत्पन्न होणार नाही, अशी काळजी घ्यावी लागते. एखाद्या घटकाचा अभिकल्प पूर्णपणे निर्दोष करता येतच नसेल, तर प्रणालीची दोष सहन करण्याची मर्यादा वाढविण्याचा प्रयत्‍न केला जातो. प्रणालीची आखणी करताना प्रणालीतील विविध घटकांची मांडणी अशा तऱ्हेने केली जाते की, अपघात झाल्यास नुकसान कमीत कमी होईल. रासायनिक प्रक्रियेत स्फोट, आग आणि विषारी पदार्थ यांमुळे धोका निर्माण होऊ शकतो. प्रणालीची मांडणी करताना यासंबंधी विचार करून धोका कमी करता येतो. एखाद्या क्षेत्रात आग लागल्यास ती किती झपाट्याने इतर क्षेत्रात पसरू शकेल यासंबंधी ⇨ संभाव्यता सिद्धांतावर आधारित असे संशोधन केले गेले आहे. आग लागल्यास ती लहान क्षेत्रात मर्यादित ठेवण्यात या संशोधनाच्या आधारे यश मिळाले आहे. संभाव्यता सिद्धांताचा उपयोग करून संपूर्ण प्रणालीची विश्वसनीयता ठरविण्यातही यश मिळाले आहे.

कार्य विभागणी : रासायनिक प्रणालीची अभिकल्प एकच अभियंता करीत नाही, तर विविध शाखांतील विशिष्ट ज्ञान असलेल्या अभियंत्यांचा समूह अभिकल्प तयार करतो. खनिज तेल परिष्करणासारख्या मोठ्या केंद्राचा अभिकल्प करावयाचा असल्यास एकापेक्षा जास्त अभियंता-समूह लागतात. मोठ्या उत्पादन केंद्रात विविध स्वतंत्र प्रणाली एकत्र केलेल्या असतात. अशा वेळी संपूर्ण प्रणालीतील एकक प्रक्रियांची संख्या स्वयंचलपदे व त्यांचे संबंध दर्शविणारी गणितीय फलने व इतर पूरक माहिती इतक्या मोठ्या प्रमाणावर असते की, एका अभियंता-समूहाच्या ती आवाक्याच्या बाहेरची असते. त्यामुळे अशा वेळी प्रणालीचे विविध उपविभाग करून प्रत्येक उपविभागाचा अभिकल्प निरनिराळ्या अभियंता-समूहाकडे सोपविला जातो. सर्व समूहांमध्ये एकसूत्रता आणण्याचे काम दुसऱ्या एका अभियंता-समूहाकडे सोपविलेले असते. या दुसऱ्या समूहास अभिकल्पातील तपशीलाची माहिती असण्याची जरूरी नसते परंतु विविध समूहांतील परस्परसंबंध माहिती असावे लागतात. कोणत्याही अभिकल्पात प्रक्रिया जास्तीत जास्त कार्यक्षम होण्यावर किंवा गुंतवलेल्या भांडवलावर जास्तीत जास्त प्रतिलाभ मिळण्यावर भर दिला जातो. गणितीय फलनाचे मूल्य जास्तीत जास्त किंवा कमीत कमी करण्याच्या तंत्राला पर्याप्तीकरण म्हणतात. पर्याप्तीकरण तंत्रामध्ये सिंप्लेक्स पद्धत, रेखीय पद्धत कार्यक्रमण, गतिकीय कार्यक्रमण इ. गणितीय पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत [⟶ पर्याप्तीकरण]. संगणकाच्या (गणितीय कृत्ये अतिशय वेगाने करणाऱ्या यंत्राच्या) साहाय्याने गणितीय सदृशीकरण करून पर्यायी योजना तपासून पाहता येतात. विविध पदार्थांचा विचार करून उद्योजकाला एखाद्या नवीन उत्पादनासंबंधी निर्णय घेता येतो व त्यानंतर यंत्रसामग्रीची उभारणी करून उत्पादन सुरू केले जाते. अशा प्रकारे अभिकल्प करतानाच सर्वांगीण विचार केलेला असल्यास नवीन उद्योगातील अनिश्चितता कमी होईल.

 पहा : उत्पादन अभियांत्रिकी.

संदर्भ :  1. Dryden, C. E. Outlines of Chemical Technology, New Delhi, 1965.

            2. Perry, J. H. Chemical Engineer’s Handbook, Tokyo, 1950.

            3. Rudd, D. F. Watson, C. C. Strategy of Process Engineering, New York, 1968.                   

सप्रे, गो. वि.

“