गाळण क्रिया

गाळणक्रिया:द्रव पदार्थात मिसळलेले घन पदार्थ गाळून वेगळे काढण्याच्या क्रियेला गाळण  क्रिया म्हणतात. या क्रियेसाठी बारीक छिद्रे असलेल्या एखाद्या माध्यमाचा उपयोग करावा लागतो. गाळण क्रिया चालू असताना घन घटक माध्यमाच्या वर साठत जातात व गाळलेला द्रव माध्यमातून पलीकडे जातो. औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये विद्रावात लोंबकळत असलेले घन कण वेगळे करण्यासाठी ही क्रिया वापरतात. या क्रियेने वेगळ्या होणाऱ्या दोन्ही पदार्थांपैकी एकच किंवा दोन्हीही उपयुक्त वस्तू असू शकतात. गाळण्याचे माध्यम म्हणून लोकरीचे किंवा धाग्यांचे कापड, नायलॉन, काच, ॲस्बेस्टस अशा पदार्थांचे बारीक धागे, टीपकागदासारखा गाळण कागद, धातूंच्या तारेच्या जाळ्या, बारीक वाळू, लोणारी कोळसा, हाडांचे चूर्ण, मुलतानी माती (एक प्रकारची शोषक चिकणमाती), मातीची सच्छिद्र भांडी अशा अनेक वस्तू वापरता येतात. गाळण क्रिया चालू असताना माध्यमाच्या सूक्ष्मछिद्रातून द्रव पूढे जाते परंतु घन कणांचा आकार छिद्रापेक्षा मोठा असल्यामुळे घन कण माध्यमाच्या पृष्ठावरच अडकतात, त्यांचा थर तयार होतो आणि त्या थराची जाडी वाढत जाते. नव्या येणाऱ्या मिश्रणाला प्रथम या जाड थरातील केशनलिकांमधून पुढे जावे लागते. यावेळी मिश्रणाच्या गतीला किती विरोध होईल हे सांगणे कठीण असते. मिश्रणात लोंबकळणाऱ्या घन कणांचा आकार, थराची जाडी, द्रवाचे तापमान व श्यानता (दाटपणा) तसेच द्रवाचा दाब या सर्वांचा गाळण क्रियेवर परिणाम होत असतो. गाळण क्रिया सुरू करताना माध्यमातील छिद्रे मोकळी असतात, परंतु काही वेळाने छिद्रांमध्येही अतिसूक्ष्म कण घुसून बसण्याचा संभव असतो. नवे येणारे घन कण पूर्वीच्या कणांवर दाब देतात व त्यांना पुढे ढकलतात. सुरुवातीला गाळण्याचा वेग जास्त असतो व तो हळूहळू कमी होत जातो. हा वेग समान ठेवण्यासाठी काही साधनांत द्रवावर सुरुवातीला थोडा दाब देतात व तो दाब जरुरीप्रमाणे हळूहळू वाढवीत जातात. गाळण क्रियेसाठी वापरावयाच्या साधनांमध्ये गुरुत्वाचा उपयोग करणारे, निर्वाताचा अंशतः उपयोग करणारे किंवा सतत उपयोग करणारे आणि दाबाचा उपयोग करणारे असे मुख्य प्रकार आहेत. त्यांशिवाय केंद्रोत्सारी (केंद्रापासून दूर ढकलणाऱ्या प्रेरणेचा उपयोग करणारे) आणि सूक्ष्म फटीचेही काही प्रकार आहेत.

द्रवातील घन कण जाड असले, तर गाळण्याची क्रिया लवकर साध्य होते व ते बारीक असले, तर गाळण्याला जास्त वेळ लागतो. बहुतेक द्रवांत जाड आणि बारीक असे दोन्ही जातींचे कण असतात.

गाळणमाध्यम: गाळण माध्यमाची निवड करताना घन कणांचे आकारमान, द्रवाचे तापमान व रासायनिक गुणधर्म यांचा प्रथम विचार करावा लागतो. हे माध्यम टिकाऊ पाहिजे व रासायनिक दृष्टीने उदासीन (अम्लीय किंवा क्षारीय म्हणजे अम्लाशी विक्रिया झाल्यास लवण तयार होण्याचा गुणधर्म असणारे असे नसलेले) असले पाहिजे. सुती कापड हे सामान्य गाळण माध्यम म्हणून पुष्कळ ठिकाणी वापरतात. अम्लधर्मी द्रवाकरिता लोकरीचे कापड वापरतात. क्षारीय द्रवाकरिता धातूच्या तारांच्या जाळ्या वापरतात.

नवीन गाळण माध्यमाची निवड करताना त्याचे काम कसे होईल हे पाहण्याकरिता पुष्कळ वेळा चाचणीप्रयोग करतात. त्याकरिता दुहेरी चपट्या टोपलीच्या आकाराच्या, तारेच्या जाळीचा सांगाडा तयार करतात व त्यावरून गाळण माध्यमाची पिशवी बसवितात. या टोपलीच्या एका बाजूला नळीचे तोंड बसवितात. हे तोंड वरच्या बाजूला ठेवून टोपली द्रव मिश्रणात बुडवितात. त्यामुळे मिश्रणातील द्रव टोपलीच्या आत जातो व घन पदार्थ टोपलीच्या बाहेरच्या पिशवीवर अडकून राहतात. अशा वेळी टोपलीच्या आतली बाजू निर्वात करता येते किंवा बाहेरच्या मिश्रणावर हवेचा दाब देता येतो. अशा प्रकारच्या प्रत्यक्ष चाचणीने माध्यमाच्या कार्याची पूर्ण कल्पना करता येते. चाचणी घेण्याच्या टोपलीचा एक प्रकार आ.१ मध्ये दाखविला आहे. त्यामध्ये तोंडावर बसविलेल्या नळीला एका बाजूवर एक फाटा जोडलेला आहे. या फाट्यात काचेची नळी घालता येते व तीमधून गाळलेला द्रव कितपत स्वच्छ होत आहे हे पाहता येते.

साहाय्यक पदार्थ : एखाद्या द्रव मिश्रणातील घन पदार्थ अतिशय बारीक असल्यास किंवा ते मिश्रण कलिली (अतिसूक्ष्म कण लोंबकळत असलेले विशिष्ट प्रकारचे द्रव मिश्रण) असल्यास मिश्रणातील घन कण माध्यमामध्ये न अडकता  तसेच  पुढे जातात. अशा वेळी गाळण्याचे काम सुलभ होण्यासाठी द्रव मिश्रणात काही साहाय्यक पदार्थ मिसळतात. त्यांना  प्रक्रिया  साहाय्यक म्हणतात. असे पदार्थ साधारणत: सच्छिद्र असतात, रासायनिक दृष्ट्या उदासीन असतात व हलके असल्याने द्रवावर तरंगतात. असे  साहाय्यक अगदी थोड्या प्रमाणातच मिसळावे लागतात, परंतु त्यांच्या मदतीने गाळण क्रिया पुष्कळच सुधारते. साहाय्यक पदार्थात डायाटमी मातीचा (ज्यांच्या पेशींच्या भित्ती सिलिकामय आहेत अशा  डायाटम नावाच्या सूक्ष्म शैवलांच्या पेंशींपासून तयार झालेल्या बारीक मातीचा) बराच उपयोग करतात. या मातीत सिलिकेचे प्रमाण बरेच असते. साखरेच्या कारखान्यात, फळांच्या रसाच्या धंद्यात व वनस्पती तेले गाळण्यास या मातीचा चांगला उपयोग होतो. उसाचा रस गाळण्यासाठी कागदाच्या लगद्याचाही उपयोग होतो. कित्येक ठिकाणी मुलतानी माती, लोणारी कोळसा, ॲस्बेस्टस, लाकडाचा भुसा, मॅग्नेशिया, जिप्सम वगैरे पदार्थही वापरतात. रंगाच्या कारखान्यातील तेले गाळण्याकरिता रंगनाशक कोळसा व अनेक प्रकारची माती साहाय्यक म्हणून उपयोगी पडतात. डायाटमी मातीचे अनेक प्रकार आहेत व ते निरनिराळे कारखानदार  निरनिराळ्या नावांनी विकतात. त्या सर्वांना सामान्यत: ‘फिल्टरसेल’ म्हणतात. कोणत्याही प्रकारच्या गाळण क्रियेत सुरुवातीला गाळण माध्यमावर फिल्टरसेलचा एक थर बसवितात आणि नंतर फिल्टरसेल मिसळलेले द्रव मिश्रण गाळतात. डायाटमी गाळण साहाय्यक पदार्थांची विशेष नावे व उपयोग कोष्टकात दिले आहेत.

द्रव मिश्रणामध्ये बारीक कण असले, तर त्यामध्ये गाळण साहाय्यक मिसळल्याने बारीक कणांचे समूहीकरण होते व त्यातून मोठ्या आकाराचे पिंड तयार होतात. ते गाळणी माध्यमावर अडकतात व गाळण्याचे काम सुलभ होते. सांडपाणी गाळताना त्यात फिल्टरसेल मिसळतात. साखरेच्या कारखान्यात उसाच्या रसात स्टँडर्ड सुपरसेल मिसळतात किंवा कित्येक ठिकाणी चुना मिसळून त्याची क्षारीयता वाढवतात. त्यामुळे जो साका मिळतो तो गाळणी माध्यमावर सहज अडकतो.

काही द्रव मिश्रणे तापविली तर त्यांचे गाळण सुलभ होते. द्रव मिश्रणाचे तापमान किती वाढवावे हे प्रत्यक्ष प्रयोगानेच ठरवावे लागते. तापमान वाढवून सिमेंट मिश्रण, साखरेचा पाक, तेले वगैरे पदार्थ लवकर गाळता येतात. गाळण्याची सुलभता द्रवाच्या श्यानतेवर व संहतीवर (द्रवातील घन पदार्थाच्या प्रमाणावर) अवलंबून असते. श्यानता व संहती जास्त असेल, तर गाळण्याचा वेग कमी असतो. शुद्ध पाणी मिसळून बहुतेक द्रवांची श्यानता आणि संहती कमी करून गाळण्याचा वेग वाढवता येतो. परंतु कित्येक वेळा मिसळलेले पाणी गाळण क्रिया संपल्यावर बाष्पीभवनाने बाहेर काढून टाकावे लागते. द्रव मिश्रणे गाळण्याकरिता परिस्थितीप्रमाणे अनेक प्रकारची साधने वापरता येतात.

गुरुत्व गाळण पद्धती : पिण्याचे पाणी स्वच्छ करण्यासाठी अगदी साध्या रचनेची गुरुत्व गाळण पद्धती आ. २ मध्ये दाखविली आहे. तीमध्ये गाळण माध्यम म्हणून बारीक वाळूचा उपयोग करतात. ही पद्धत प्रथमतः १८२० साली लंडनमध्ये सुरू करण्यात आली. या पद्धतीत बाहेरचे गढूळ पाणी नळाने डावीकडच्या टाकीत भरले जाते. या टाकीच्या मधोमध एक धातूचा विभाजक पडदा असतो. त्यामुळे बाहेरून येणारे पाणी तळाकडे जाऊन नंतर पडद्याच्या दुसऱ्या बाजूस वर चढते व दुसऱ्या टाकीत जाते. यावेळी पाण्याबरोबर येणारे जड पदार्थ व खडे गुरुत्वाने खाली बसतात. दुसऱ्या टाकीत सर्वांत खाली बारीक भोके पाडलेला नळ असतो. त्याच्यावर जाड खडीचा थर असतो व त्याच्यावर बारीक वाळूचा थर असतो. वरून येणारे गढूळ पाणी वाळूच्या थरातून खाली जाताना पाण्यातील गाळ वाळूवर अडकून राहतो व स्वच्छ पाणी खाली जाते. या प्रकारच्या गाळण क्रियेत वाळूवर साठणारा गाळ वरचेवर काढून टाकावा लागतो. गढूळ पाण्यात लोंबकळणारे कण लवकर तळाशी बसण्याकरिता त्यामध्ये तुरटीचे पाणी किंवा ॲल्युमिनियम सल्फेटाचा विद्राव मिसळतात.

दाबाचेगाळणयंत्र: याची सर्वसाधारण रचना आ. ३ मध्ये दाखविली आहे व आ. ४ मध्ये पाट, चौकट व गाळण्याचे कापड दाखविले असून यंत्रातून जाणाऱ्या द्रवाचा मार्ग दाखविला आहे, त्यावरून यंत्राचे कार्य कसे चालते ते समजेल. यंत्र चालू असताना सर्व पाट व चौकटी मळसूत्राने एकमेकांवर दाबून धरलेल्या असतात. गढूळ द्रव मिश्रण वरच्या बाजूने येते व प्रथम (२) या चौकटीत शिरते. प्रत्येक चौकट (२) व पाट (३) यांमध्ये कापडाचा पडदा असतो. त्या पडद्यामधून गढूळ मिश्रण जाताना मिश्रणातील घन कण चौकटीच्या आतच कापडावर अडकतात आणि शुद्ध द्रव पाटाच्या अनेक खाचांत जातो. सर्व खाचांतला शुद्ध द्रव हळूहळू खाली पडून जमा होतो व (६) या तोंडातून बाहेरच्या (७) या पन्हळीत पडतो. या ठिकाणी प्रत्येक पाटाला एक तोटी बसवलेली असते. या तोटीतून येणारा द्रव स्वच्छ नसेल, तर ती तोटी बंद करता येते. गाळण क्रिया चालू असताना चौकटीमध्ये घन कणांचे थर साठत जातात व त्यांची घट्ट पेंड होऊ लागते. सर्व चौकट घन कणांनी भरत आली म्हणजे (६) या तोंडातून शुद्ध द्रव बाहेर पडणे बंद होते. असे झाले म्हणजे सर्व यंत्र उघडतात व सर्व चौकटीमध्ये साठलेली पेंड काढून घेतात आणि कापडाचे पडदे स्वच्छ करून यंत्र पुन्हा जोडतात व नव्याने कामास सुरुवात करतात. अशा यंत्रात येणारे गढूळ मिश्रण पंपाने

दाबून भरले जाते म्हणून या यंत्राला दाबगाळण यंत्र म्हणतात. द्रव मिश्रण दाबून भरले म्हणजे गाळण क्रिया लवकर होते. या यंत्रातील चौकटी, पाट, टोपी व बाजूचे मुख्य भाग बिडाचे असतात आणि मळसूत्र पोलादाचे असते. काही प्रकारच्या दाबगाळण यंत्रांत गाळण्याची क्रिया संपल्यावर चौकटीमध्ये साठलेली पेंड कापडापासून सुटी करण्यासाठी प्रत्येक पाटामधून चौकटीकडे पाणी सोडण्याची सोय केलेली असते. पाणी आत येण्याचा मार्ग पाटाच्या वरच्या कोपऱ्यात असतो. हे पाणी नंतर स्वच्छ द्रव बाहेर जाण्याच्या मार्गानेच बाहेर काढता येते. अशा प्रकारच्या काही यंत्रांत पाट आणि चौकटीचे भाग वाफेने गरम करता येतात. हे भाग गरम केले तर गाळण क्रिया वेगाने साधता येते. या यंत्राची एकंदर रचना साधी असते व काही बिघाड झाला, तर तो सहज दुरुस्त करता येतो किंवा बिघडलेला भाग बदलता येतो. अशा यंत्रात द्रवावरील दाब १५ किग्रॅ. प्रती चौ.सेंमी.पर्यंत ठेवता येतो.

निर्वात पद्धतीचे फिरते गाळण यंत्र:अखंडित काम करणारे निर्वात पद्धतीचे फिरते गाळण यंत्र आ. ५ मध्ये दाखविले आहे. या यंत्रात गाळावयाचे द्रव मिश्रण एका टाकीत भरतात. या टाकीमध्ये अर्धे बुडलेले व यांत्रिक शक्तीने फिरणारे गाळण्याचे लोखंडी पिंप बसविलेले असते. हे पिंप फिरण्याचा वेग अगदी थोडा म्हणजे ५ ते १० फेरे प्रती मिनिट असतो. पिंपाच्या परिघावर चाळणीसारखी भोके पाडलेली असतात व त्यावरुन गाळण्याचे कापड ताणून गुंडाळलेले असते. पिंपाच्या आतील भाग निर्वात पंपाला जोडतात. त्यामुळे मिश्रणातील द्रव कापडामधून पिंपाच्या आत ओढला जातो व मिश्रणातील घन पदार्थ कापडाच्या बाहेरच्या बाजूवर अडकून राहतात. पिंप फिरत असताना कापडावर साठलेले घन पदार्थ सतत खरडून काढण्यासाठी चाकूच्या पात्यासारखी तीक्ष्ण काठाची एक पोलादी पट्टी पिंपाच्या एका बाजूवर बसविलेली असते. तिच्या साहाय्याने कापडावरची पेंड सुटते व यंत्राच्या बाहेर पडते आणि कापड मोकळे होते व गाळण्याची क्रिया सतत चांगल्या प्रकारे चालू राहते.

पिंपाच्या आत येणारा स्वच्छ द्रव बाहेर काढण्यासाठी एक स्वतंत्र नळ बसविलेला असतो. काही काळानंतर कापड व पिंप धुवावे लागते. याकरिता धुण्याचे पाणी पंपाने पिंपाच्या वरच्या बाजूवर सोडतात त्यामुळे कापडात अडकलेला गाळ सैल होऊन पिंपाच्या आत पडतो. त्यातील गढूळ पाणी बाहेर काढण्यासाठी आणखी एक स्वतंत्र नळ बसवलेला असतो. गाळलेला द्रव (५) या टाकीत साठतो, तो (७) या पंपाने बाहेर काढतात. धुण्याचे गढूळ पाणी (६) या टाकीत साठते व ते (८) या पंपाने बाहेर काढतात. (५) व (६) या टाक्यांमध्ये निर्वात स्थिती राखण्यासाठी (१०) हा निर्वात पंप बसविलेला आहे. टाक्यांमधील आर्द्रता काढून टाकण्यासाठी (९) हा आर्द्रताशोषक (ओलसरपणा शोषून घेणारे साधन) व संघनक (बाष्प द्रवरूप करणारे साधन) बसवलेले आहेत.

केंद्रोत्सारी गाळण पद्धती : या जातीचे एक यंत्र आ. ६ मध्ये दाखविले आहे. यामध्ये द्रव मिश्रण भरण्याकरिता (३) ही लोखंडी पाटी आहे. या पाटीच्या उभ्या बाजूवर चाळणीसारखी लहानलहान भोके पाडलेली असतात व आतल्या बाजूने कापड बसविलेले असते किंवा तारेची बारीक जाळी असते. द्रव मिश्रणाची पाटी (५) या दंडावर टांगलेली असते. हा दंड यांत्रिक शक्तीने फिरविला जातो. दंडाबरोबर पाटी फिरू लागली म्हणजे त्यातील द्रव केंद्रोत्सारी प्रेरणेने गाळण माध्यमातून पाटीच्या बाहेर फेकला जातो व द्रवातील गाळ पाटीच्या आतल्या बाजूस अडकून राहतो. हा गाळ मधूनमधून खरडून काढावा लागतो. पाटीच्या तळाशी असलेली तबकडी–झडप वर उचलून खरडलेला गाळ (७) या तोंडातून बाहेर टाकतात. गाळण्याचे काम चालू असताना द्रव मिश्रणाचा पुरवठा (१) या नळीने होतो व स्वच्छ झालेला द्रव (४) या मार्गाने बाहेर पडतो.

इतर प्रकार : आ. ७ मध्ये पोलादी तबकड्यांचे गाळणपात्र दाखविले आहे व आ. ८ मध्ये घरगुती पिण्याचे पाणी शुद्ध करणारी बरणी दाखविली आहे. या बरणीतील कार्बनामुळे गढूळ पाणी स्वच्छ होते व पाण्याला वास येत असला, तर तोही कमी होतो.

आ. ७ मध्ये मध्यभागी मोठे भोक असलेल्या अनेक पोलादी पातळ तबकड्या एकीवर एक ठेवून दाबून धरलेल्या असतात. अशा स्थितीत तबकड्यांच्या पृष्ठभागांमध्ये अगदी सूक्ष्म फट राहते. द्रव मिश्रणाला तबकड्यांच्या बाहेरून आत ढकलले म्हणजे मिश्रणातील स्वच्छ द्रव फटीतून तबकडीच्या मध्याकडे जातो व सूक्ष्म घन कण तबकड्यांच्या बाहेरच्या काठावर अडकून राहतात. असे साधन वंगण तेल स्वच्छ करण्यासाठी उपयोगी पडते.

उपयोग:गाळण क्रियेचा घरगुती उपयोग चहा किंवा कॉफी यांसारखी पेये गाळण्यासाठी वा कढविलेले लोणी गाळण्यासाठी होतो. बहुतेक शहरांमध्ये पिण्याच्या पाण्यात मिसळलेले मातीचे कण आणि वाळू अलग करण्यासाठी गुरुत्व पद्धतीचे वाळूचे गाळणी साधन वापरतात. उसाच्या रसात मिसळलेले तंतू वेगळे काढण्यासाठी कापडाचे माध्यम वापरतात. औद्योगिक कारखान्यांत घाणीतून निघणारे तेल स्वच्छ

करण्यासाठी दाबाचे गाळण यंत्र वापरतात. कागदाच्या कारखान्यात कागदाचा पातळ रांधा गाळण्यासाठी निर्वात जातीचे गाळणी साधन वापरतात. सोने व चांदी शुद्ध करण्याच्या कारखान्यात सोन्याचे व चांदीचे बारीक कण सायनाइडाच्या विद्रावात विरघळल्यानंतर सायनाइडाचा रांधा विद्रावातून वेगळा करण्यासाठी शिसे, जस्त व तांबे या धातू शुद्ध करताना त्यांची सल्फाइडे चाळण्यासाठी साखर कारखान्यामध्ये साखरेचा पाक गाळण्यासाठी मैला पाण्यातील घन घटक वेगळे करण्यासाठी सिमेंट तयार करण्याच्या कारखान्यात पाण्यात मिसळलेल्या कच्च्या द्रव्यांचा काला गाळण्यासाठी रासायनिक कारखान्यात विद्रावामध्ये मिसळलेली लवणे व स्फटिक वेगळे काढण्यासाठी बीटापासून साखर तयार करण्याच्या कारखान्यात कार्बन मिसळलेला बीटाचा रस गाळण्यासाठी आणि स्टिफन पद्धती वापरून उत्पन्न होणारी कॅल्शियमाची सॅकॅरेटे गाळण्यासाठी पेट्रोलियम शुद्ध करण्याच्या कारखान्यातील निरनिराळ्या अवस्थांतील तेले गाळण्यासाठी,  इत्यादींसाठी निर्वात किंवा दाबाचे गाळण यंत्र वापरतात.

संदर्भ : 1. McCabe, W. L. Smith, J. C. Unit Operations of Chemical Engineering, New York,

           1967.

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

दीक्षित, व. चिं. ओक, वा. रा.

“