दाबपात्र

दाबपात्र : विशिष्ट दाबाखाली द्रवरूप आणि वायुरूप पदार्थ साठविण्यासाठी, त्यांच्यावर रासायनिक विक्रिया घडवून त्यांचे रूपांतर करण्यासाठी किंवा निर्जंतुकीकरणासाठी बंद तोंडाची पात्रे वापरावी लागतात, त्यांना दाबपात्रे म्हणतात. अशा पदार्थांचे वजन आणि त्यांवरील दाब सहन करण्याची क्षमता या पात्रांत असावी लागते. रासायनिक विक्रियांसाठी दाब किंवा/आणि उष्णतेचाही उपयोग करावा लागतो. द्यावयाची उष्णता पात्रातच इंधन जाळून अथवा बाहेरूनही देता येते. मात्र बव्हंशी दाब हा पात्राच्या आतील बाजूसच असतो. दाब दर चौ. सेंमी. ला १०·५ किग्रॅ. असू शकतो. पेट्रोलसारखे बाष्पनशील (बाष्परूपाने उडून जाणारे) द्रव पदार्थ साठविण्यासाठी टाक्या लागतात. तसेच पाण्यापासून वाफ तयार करण्यासाठीही बाष्पित्रे (बॉयलर) लागतात. हवा संपीडकात दाबयुक्त हवा साठवावी लागते, तर अन्न शिजविण्यासाठी वाफधारक पात्र (प्रेशर कुकर) वापरतात.

काही रासायनिक प्रक्रियांत पात्रात अंशत: निर्वात ठेवावा लागतो. अंतर्दाबाच्या वरील पात्रांप्रमाणे हीही दाबपात्रेच असतात, पण ती बहिर्दाबपात्रे असतात व त्यांची रचना निराळ्या प्रकारची असते.

अंतर्दाबपात्रे तयार करताना पात्राला सहन करावा लागणारा आतील पदार्थाचा भार व पदार्थावर दिलेला दाब, त्याचे तापमान, पात्राच्या धातूवर आतील पदार्थांची होणारी रासायनिक विक्रिया, गळती, पदार्थ ठेवण्यासाठी व बाहेर काढण्यासाठी ठेवावयाची तोंडे (मार्ग), सफाई करण्याकरिता माणूस आत जाण्यासाठी ठेवावयाचे द्वार, दाब व तापमान मोजणाऱ्या मापकांसाठी ठेवावयाची तोंडे, बैठक, झडपांची योजना व रचना इ. बाबींचा विचार करावा लागतो. अशा पात्रांना त्यांतील संभाव्य स्फोटामुळे धोका उद्‌भवू नये याकरिता विविध परदेशी मानक संस्थांप्रमाणे भारतीय मानक संस्थेने ठरविलेल्या प्रमाणांनुसार दाबपात्रांची रचना करावी, असे उत्पादकांवर बंधन घालण्यात आलेले आहे.

रचना : या पात्राची रचना गोल किंवा दंडगोल असते. पात्राच्या आतील बाजूवर सर्व ठिकाणी सारखे प्रतिबल असण्यासाठी गोल आकार उत्तम असतो व आवरणाच्या ठराविक क्षेत्रफळात महत्तम घनफळ याच आकारात मावते. तरीही व्यवहारात सोयीच्या दृष्टीने सर्वसाधारणपणे दंडगोल पात्राची रचना प्रचारात आहे. अखंड पात्रे जास्त मजबूत असतात पण ती धातूच्या एकाच पत्र्यातून दाबून काढणे अवघड असते व मोठ्या पात्रांसाठी एवढा मोठा पत्रा उपलब्धही नसतो. म्हणून फक्त अगदी लहान पात्रे ओतीव पद्धतीने अखंड तयार करतात. पात्राच्या आवरणाच्या बलाच्या दृष्टीने धातूच्या पत्र्यांपासून बनविलेली पात्रे जास्त मजबूत असतात आणि म्हणून अशी पात्रे दोन–चार भाग रिव्हेटांनी, बोल्टांनी किंवा वितळजोड (वेल्डिंग) पद्धतीने जोडून तयार करतात. पात्राचे जोड दाबाला व उष्णतेला टिकावे लागतात तसेच त्यांतून द्रव अथवा वायूची गळती होणार नाही याची खबरदारी घ्यावी लागते. पात्र तयार करताना त्याचे घनफळ, दंडगोलाचा व्यास व त्याची लांबी, दंडगोलाच्या दोन्ही टोकांचा आकार आणि पात्र उभे ठेवावयाचे की आडवे वगैरे तपशील निश्चित करतात. पात्राची मजबुती वाढविण्यासाठी पात्राच्या टोकांकडील भाग घडाईने तयार करून मधल्या भागाला जोडतात. पत्र्यांच्या दंडगोल दाबपात्रांची पातळ पात्रे व जाड पात्रे अशी त्यांच्या संबंधीच्या गणनाच्या दृष्टीने विभागणी करतात. पात्राची जाडी व्यासाच्या १०% किंवा कमी असल्यास ते पातळ पात्र होय. पातळ पात्रांसाठी खालील सूत्रे वापरतात.

दंडगोलाच्या परिघास स्पर्शीय दिशेने निर्माण होणारा ताण,

दंडगोलाच्या लांबीवर निर्माण होणारा ताण,

येथे त_१, त_२ – ताण परिबल (किग्रॅ./चौ. सेंमी.), द – दाब (किग्रॅ./चौ. सेंमी.), व – व्यास (मिमी.), ज – पत्र्याची जाडी (मिमी.). पात्र ज्या धातूचे करावयाचे त्या धातूचे कार्यकारी ताण परिबल वरील सूत्रांत घ्यावयाचे असते. वरील सूत्रांवरून त_१ = २ त_२ आहे, हे दिसून येते. तसेच सूत्र (१′) वरून असे दिसून येते की, जाडीही दाब व व्यास यांच्या प्रमाणात वाढते आणि कार्यकारी परिबल जास्त असेल, तर कमी होते. गोल पात्रासाठी सूत्र (२′) वापरतात. त्यावरून असे दिसेल की, द आणि व तीच असताना गोल पात्राची जाडी दंडगोल पात्राच्या निम्मी येते. अशा पातळ पात्रांची उदाहरणे म्हणजे बाष्पित्र, उष्णता विनिमयक, दंडगोल द्रव टाक्या इ. होत.

जाड पात्रांसाठी खालील सूत्र वापरतात.

हे सूत्र कमी व्यासाच्या (५० सेंमी.पर्यंत) आणि जास्त अंतर्दाब असलेल्या पात्रांसाठी वापरतात. उदा., वायू व जलदाब सिलिंडर, ⇨ ऑटोक्‍लेव्ह, जलदाबयंत्र, द्रवरूप इंधन (गॅस) सिलिंडर. अशी दाबपात्रे मुख्यत्वे कार्बन–पोलादापासून तयार करतात परंतु काही रासायनिक विक्रियांनी अशा पोलादावर परिणाम होऊन त्याचे भक्षण (हळूहळू होणारा नाश) होते म्हणून त्यांस आतील बाजूने काच, रबर, प्‍लॅस्टिक अशा पदार्थांचे अस्तर देतात किंवा ती अगंज (स्टेनलेस) पोलाद, तांबे, पितळ, ॲल्युमिनियम, निकेल, मोनेल व टिटॅनियम या धातूंचीही करतात. दाबपात्रात घडवून आणावयाच्या रासायनिक विक्रियेला योग्य अशी वरील धातूंपैकी एखादी धातू पात्रासाठी निवडतात.

वरील धातूंच्या पत्र्यांपासून अथवा रस ओतून पात्रे तयार करतात. प्रथम पात्राच्या आकाराला लागणाऱ्या मापाचे पत्रे कापून मुद्रांच्या व दाबयंत्राच्या साहाय्याने हवा तो आकार देतात. पत्रे जाड असल्यास गरम करून घ्यावे लागतात. नंतर हे पत्रे जोडून पात्राचे मुख्य कवच तयार करतात आणि त्याला दाबून अथवा घडाई पद्धतीने तयार केलेली तळ व माथा ही अंगे जोडतात. मग पात्रास जरूर त्या जागी भोके किंवा गोल व दीर्घवर्तुळाकृती गाळे पाडून त्या ठिकाणी घडाई पद्धतीने तयार केलेली जरूरीप्रमाणे हव्या त्या आकाराची तोंडे जोडतात. जोडकाम दोन पद्धतींनी करतात. आकृतीमध्ये असे जोडकाम अआ या रेषेच्या खाली रिव्हेटांनी व तिच्या वर वितळजोडाने दाखविले आहे. रिव्हेटांनी जोडलेल्या सांध्याच्या कडा फटबंदीने बंदिस्त कराव्या लागतात. दंडगोल व कवचे आणि तळ व माथ्याचे भाग परिघावर एकत्र जोडण्यासाठी एकेरी ‘व्हि’ कडसांधा किंवा एकेरी व दुहेरी आरोहक सांधे वितळजोड पद्धतीत वापरतात. हीच पद्धत आडवी व उभी तोंडे जोडण्यासाठीही वापरतात. मात्र दंडगोल कवचाचे भाग लांबीवर जोडताना आतून आणि बाहेरून दुहेरी ‘व्ही’ कडसांधा वापरतात  [→ रिव्हेट वितळजोडकाम]. रिव्हेट पद्धतीत कवचाच्या कडा एकमेकींत लपेटून जोड दुहेरी रिव्हेटांच्या साखळी पद्धतीने पक्का करतात. दाबपत्रांचे माथे तबकडी, बशी किंवा अंतर्वक्र व बहिर्वक्र आकारांचे असतात. कमी दाबासाठी तबकडी माथा वापरतात. दाबपात्रांचे तळ मात्र बहुधा तबकडी आकाराचे असतात कारण अशा भागावर दाबपात्र व्यवस्थित ठेवता येते परंतु द्रव पदार्थात निलंबित (लोंबकळणारे) घन पदार्थ असल्यास दाबपात्रांचे तळ शंकूच्या आकाराचे ठेवतात व त्याच्या खालच्या टोकास निचरा होण्यासाठी नळ बसवितात. अशी पात्रे पोलादी पायावर अथवा बैठकीवर बसवितात. रसायननिर्मितीत प्‍लॅस्टिकाच्या ०·५–१·५ मी. व्यासाच्या व ४·५ मी. उंचीच्या टाक्या वापरतात. निर्वात टाक्यांना आतल्या बाजूने अंगच्याच प्‍लॅस्टिकाच्या फासळ्या किंवा कणे मजबुतीसाठी ठेवतात.

दाबपात्रांवर अनेक ठिकाणी जी तोंडे बसविलेली असतात त्या ठिकाणी दाबदर्शक, तापमानदर्शक, दाबविमोचन झडप, सुरक्षा झडप, प्रोथ (तोटी), तपास छिद्र, वितळधातू झडप अशी अनेक जोडसाधने बसविल्याने ती कार्यक्षम बनून स्फोटापासून सुरक्षित राहतात. झाकणांच्या ठिकाणी गळती होऊ नये म्हणून गळबंध (गॅस्केट) वापरतात. झाकणे बोल्टांनी घट्ट बसविण्याची सोय केलेली असते. काही दाबपात्रांत द्रव पदार्थ ढवळण्यासाठी भरणपेटीतून (दाबपात्राच्या भोकातून जाणाऱ्या दांड्याची हालचाल गळबंद रीतीने व्हावी म्हणून ठेवलेल्या भागातून) क्षोभक किंवा रवी बसवितात.

प्रकार : अमोनिया, हायड्रोजन, ऑक्सिजन, ॲसिटिलीन, द्रवीकृत खनिज तेल वायू (घरगुती इंधन वायू) वगैरे वायू दाबाखाली साठविण्यासाठी दाबपात्रे (उच्‍च दाब सिलिंडर) वापरतात. प्रायमस स्टोव्हची पितळी टाकी, पेट्रोमॅक्स दिव्याची टाकी, प्रयोगशाळेत रासायनिक विक्रिया करण्यासाठी अगर वायू दाबाखाली ठेवण्यासाठी किंवा पदार्थाच्या अथवा वस्तूच्या निर्जंतुकीकरणासाठी वापरण्यात येणारा ऑटोक्‍लेव्ह, स्वयंपाकाचे दाबपात्र, अवकाशयानांच्या रचनेत द्रव इंधनासाठी वापरण्यात येण्याऱ्या दाबटाक्या, वाफ शक्ति–संयंत्रातील वाफक (बाष्पित्र), हवासंपीडक आणि जलदाबयंत्र यांच्या टाक्या हे सर्व दाबपात्रांचे विविध प्रकार होत. रसायननिर्मितीत अनेक प्रकारची दाबपात्रे वापरावी लागतात. अणुभट्टीमध्येही विशेष प्रकारची दाबपात्रे वापरावी लागतात.

परीक्षण : अशा प्रकारची विविध दाबपात्रे ठराविक दाबाला व तापमानाला कार्यक्षम आहेत की नाहीत, याची प्रथम चाचणी घेतात. परीक्षणासाठी पात्राची सर्व तोंडे पक्की बंद करून त्यात पाणी भरतात व पंपाने हवेचा दाब देतात. त्यामुळे त्याची गळती होत असल्यास ती समजून येते. पात्राच्या सुरक्षिततेसाठी त्याच्यावर बसविलेल्या दाबविमोचन, सुरक्षा व वितळधातू झडपा योग्य वेळी कार्यान्वित होतात की नाही, याचीही तपासणी केली जाते.

अतिशय उच्‍च दाबाला टिकाव धरतील अशी दाबपात्रे बहुस्तरी रचनेची असून ती भारतात पूर्वी आयात करावी लागत. खते व रसायने यांच्या निर्मितीत अशी दाबपात्रे लागतात. भारतात १९७१ साली सुरू झालेल्या भारत हेवी प्‍लेंट अँड व्हेसल्स लि. या कारखान्यात अशा प्रकारची दाबपात्रे तयार करण्यात येतात. दर चौ. सेंमी. ला ३२५ किग्रॅ. दाब सहन करू शकेल, असे पहिले दाबपात्र या कारखान्याने बंगलोरच्या इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स या संस्थेला पुरविले आहे.

संदर्भ : 1. Harvey, J. F. Pressure Vessel Design, Princeton, 1963.

           2. Spring, H. M. Pressure Vessels for Industry, New York.

           3. Tongue, H. The Design and Construction of High Pressure Chemical Plant, London.

जोशी, म. वि. दीक्षित, चं. ग.

“