आकारमान–लघुकरण

आकारमान–लघुकरण: उद्योगधंद्यातील अनेक प्रक्रियांतून कच्चा माल म्हणून अनेक घन पदार्थ वापरावे लागतात. अशा प्रक्रियांतून घन पदार्थांचे विशिष्ट आकारमान असणे आवश्यक असते. म्हणून घन पदार्थाचे लहान तुकडे करण्याची क्रिया महत्वाची असते. रंगलेपात लागणारे रंगद्रव्य सूक्ष्म आकाराचे असावे लागते. त्यामुळे दिलेला रंगलेप जास्त जागा व्यापू शकतो. खाणीत सापडणारे जिप्सम दगड व्यासाने १५० सेंमी. पर्यंत असतात. परंतु जिप्समापासून प्लॅस्टर ऑफ पॅरिस करावयाचे झाल्यास घन कण बारीक म्हणजे साधारण ०·०१२५ सेंमी. व्यासाचे करावे लागतात. कमी आकारमानाच्या कणांचा पृष्ठभाग जास्त असल्याने बारीक केलेले कण बऱ्याच प्रक्रियांतून वापरणे फायद्याचे असते. घन पदार्थाचे लघुकरण करण्यास जो दाब दिला जातो  त्यामुळे मोठ्या आकारमानाच्या घनकणांच्या विभंजनाची (तुकडे होण्याची) क्रिया पूर्ण होणे आवश्यक असते. याकरिता कातरप्रेरणेचा चांगला उपयोग होतो.

घन पदार्थांचे आकारमान कमी केल्यावर काही विशेष फायदेही होतात. खनिजांमध्ये काही मौल्यवान धातू आणि काही निरुपयोगी घन पदार्थ असतात. खनिजांतील धातूच्या संयुगांचे प्रमाण वाढविल्याशिवाय धातू तयार करण्यासाठी त्यांचे ⇨क्षपण करता येत नाही. मोठ्या आकारमानाच्या खनिजांचे विभंजन केले, म्हणजे लहान झालेल्या काही तुकड्यांत धातूचे प्रमाण पुरेसे होते व असे तुकडे अलग करून त्यांचे क्षपण करता येते.

लघुकरणाच्या पध्दती: निरनिराळ्या आकारमानाच्या घन कणांचे उत्पादन करण्यासाठी निरनिराळ्या प्रकारची यंत्रे बनविलेली असतात. एखादे यंत्र घन पदार्थाचे बारीक तुकडे करण्यास योग्य असते परंतु तेच यंत्र घन पदार्थाचे सूक्ष्म पीठ करण्यास योग्य असेलच असे नाही. यंत्रात बसवलेला चल भाग आणि घन पदार्थ यांचा सतत संपर्क राहिला, तर आकारमान-लघुकरण समाधानकारक होते. विभंजन चालू झाल्यानंतर बारिक कणांचे प्रमाण वाढत जाते. यामुळे घन पदार्थाच्या वजनामागे यंत्राच्या सतत संस्पर्शाचे प्रमाण कमी होते व यंत्राची क्षमता कमी होते. यंत्राच्या मर्यादित क्षमतेवर आधारित अशा आकारमान-लघुकरणाच्या तीन पध्दती आहेत :

(१) स्थूल आकारमान –लघुकरण : यामध्ये विभंजन झालेल्या वस्तूचे आकारमान २४० सेंमी पासून ५ सेंमी. पर्येत असते. (२) मध्यम लघुकरण : यामध्ये विभंजन झालेल्या वस्तूचे आकारमान ७·५ सेंमी पासून २·५ सेंमी. पर्यंत असते. (३) सूक्ष्म लघुकरण : यामध्ये विभंजन झालेल्या वस्तूचे आकारमान १·५सेंमी .पासून ०·७ पर्यंत असते. या पध्दतीला ‘दळण’ असेही म्हणतात.

लघुकरण –गुणोत्तर: मूळ घन पदार्थाचा सरासरी व्यास आणि उत्पादित कणांचा सरासरी व्यास यांच्या गुणोत्तरास ‘लघुकरण-गुणोत्तर’ म्हणतात. हे गुणोत्तर स्थूल आणि मध्यम लघुकरणात ३ ते ७ असते व दळणाच्या क्रियेत ते १०० पर्यंत असू शकते.

प्रक्रिया : (१) पाण्याचा अंश : कच्च्या मालात पाण्याचा अंश ३ ते ४ टक्के असल्यास आकारमान-लघुकरणास मदत होते. कारण कच्च्या मालाच्या धुळीचे कण उडत नाहीत. पाण्याचा अंश ४ टक्क्यापेक्षा जास्त असला, तर पदार्थाचे कण चिकट होऊन त्यांचा लगदा होऊ लागतो. असे झाल्यास यंत्राची क्षमता कमी होते. ५० टक्के किंवा त्यापेक्षा जास्त पाणी असल्यास गारा (चिखल) तयार होतो व पुन्हा लघुकरण समाधानकारक होते व पाहिजे असल्यास ते अखंडित करता येते. या प्रकारास ‘आर्द्र प्रक्रिया’ म्हणतात. तिचा औद्योगिक दळणात चांगला उपयोग होतो.

(२) पदार्थ – चलन : विभंजित झालेले पदार्थ-कण, गुरुत्वाकर्षणाने, पाण्याच्या मदतीने संपीडित (दाबाखालील) हवेच्या प्रवाहाने किंवा केंद्रोत्सारी (केंद्रापासून दूर जाणाऱ्या) प्रेरणेने निराळे करता येतात. अशा कामाच्या यंत्रास एक भरणपात्र जोडलेले असते. हे पात्र नेहमी भरलेल्या अवस्थेत ठेवले, तर बारीक केलेल्या कणांचे प्रमाण वाढते.

(३) बंद परिपथ मांडणी : आकारमान-लघुकरण व विश्लेषण या दोन्ही क्रिया एकाच वेळी करून उत्पादित कणांच्या आकार चांगला नियंत्रित करता येतो. ज्या कणांचा आकार जास्त राहिला असेल ते कण पुन: यंत्रात परत पाठविले, तर बंद परिपथ मांडणी तयार होते. या पध्दतीमध्ये विविध आकारमानाचे कण असलेला दळलेला भाग जात्यातून आकारमानानुसार विभागणी करणाऱ्या यंत्राकडे जातो. तेथे इच्छित बारीक आकारमान असलेला भाग वेगळा करण्यात येतो व उरलेला भरड भाग परत दळण्यासाठी जात्यामध्ये पाठविला जातो. ही पध्दत सतत चालू असते. यालाच बंद परिपथ प्रक्रिया म्हणतात.

स्थूल लघुकरण: कठीण किंवा मृदू घन पदार्थाचे मोठे तुकडे करणारी यंत्रे व दलित्रे (दळणाचे यंत्र) यांचे काही प्रकार खाली दिलेले आहेत. कठिण घन पदार्थाचे विभंजन करण्याकरिता जबड्याच्या आकाराचे चर्वण दलित्र आणि परिभ्रमी दलित्र मुख्यतः वापरतात.

जबड्याच्या आकाराचे दलित्र :या यंत्रामध्ये दोन पोलादी चौकटींच्या जबड्यांमध्ये चिमट्यासारखा विभंजनाचा दाब देऊन घन पदार्थाचे तुकडे केले जातात. (आ.१). दोन-जबड्यापैकी एक

स्थिर असतो व दुसरा संचलित असतो. संचलित जबड्याची चौकट एका टेकूमध्ये अडकविलेली असते व ती टेकूभोवती वळू शकते. या चौकटीचे एक टोक विकेंद्री (लहान भुजा व लांब संयोगदांडा यांचे काम करणाऱ्या) भागाच्या मदतीने वर-खाली सरकवले जाते, त्यामुळे दोन जबड्यांमधील जागा आळीपाळीने जास्त व कमी होते व त्यामंध्ये सापडलेला घन पदार्थ चिरडला जाऊन त्याचे तुकडे पडतात.

परिभ्रमी दलित्र : (आ.२) या यंत्राची उत्पादनक्षमता जास्त असते. जबड्याच्या आकाराच्या दलित्र-यंत्रात जी क्रिया होते तीच क्रिया या यंत्रात घडते. परंतु क्रियेचा वेग जास्त असतो. या यंत्रात एक शंक्वाकृती (शंकूच्या आकाराचे) स्थिर भांडे असते व त्याच्या मध्यभागी विकेंद्री स्वरूपाचा गोल फिरणारा भाग असतो. विकेंद्री भागामुळे कोणत्याही जागी असलेली दोन्ही भागांमधील फट सारखी कमी-जास्त होत असते व त्यांमध्ये अडकलेल्या वस्तूचे भंजन होऊन तिचे लहान तुकडे होतात. हे यंत्र महाग असते. ज्या ठिकाणी फार मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करावयाचे असते तेथेच असे यंत्र वापरतात.

मृदू घन पदार्थाचे विभंजन : कोळसा, जिप्सम, शेल, अग्निसह (आग सहन करू शकणारी) माती, ॲस्बेस्टस अशा पदार्थाच्या लघुकरणाची यंत्रे निराळ्या प्रकारची असतात. अशा यंत्रात मृदू पदार्थांचा बराच भुगा तयार होतो. अशा जातीचे एक यंत्र आ.३ मध्ये दाखवले आहे. या यंत्रात मध्यभागी एक फिरणारी तबकडी असते व तिच्या परिघावर हातोडे बसवलेले असतात. कच्च्या मालाचे तुकडे वरून खाली पडताना हातोड्याने विभंजक विभागावर फेकले जातात व त्यांचे लहान तुकडे होतात.

मध्यम लघुकरण : या प्रकारात सामान्यत: शंकू-दलित्र (आ.४) व रूळ-दलित्र (आ.५) वापरतात. आ.४ मधील यंत्रात स्थिर राहणारा विभंजक विभाग व मध्यभागी फिरणारा शंक्वाकार भाग यांमधील फट निमुळती असते त्यामुळे वरून खाली येणारी वस्तू चिरडली जाते व तिचे बारीक तुकडे होतात. आ.५ मधील यंत्रात दोन रूळ उलट दिशेने फिरतात त्यांच्यातील फटीत वरून खाली येणारी वस्तू अडकली म्हणजे चिरडली जाते व तिचे लहान तुकडे पडतात. रूळ -दलित्रातील रूळांमधील अंतर व रूळांचा व्यास बदलता येतो, त्यामुळे या यंत्रात निरनिराळ्या आकारमानांचे लहान तुकडे करता येतात. आ. ५ मधील A या कोनाचे मूल्य माहीत असेल, तर वरून येणारा पदार्थ रूळामधील फटीत अडकेल किंवा नाही यांचा अंदाज करता येतो. आ.५ मध्ये D_f = मूळ घन पदार्थाचा व्यास, D_r= रूळांचा व्यास, D_p = चिरडलेल्या कणांचा व्यास आणि ∠A = रूळाची पकड बसण्यास लागणारा कोन असतील, तर

या समीकरणावरून A चे मूल्य D_r+D_f समजते.

सूक्ष्म लघुकरण: घरगुती जात्यामधील सूक्ष्म लघुकरणाची क्रिया अगदी सोपी व सर्वपरिचित आहे. औद्योगिक दळणयंत्रात रेमंड रोलर चक्की, लोखंडी चेंडू-चक्की किंवा पोलादी दांड्यांची चक्की वापरतात.

रेमंड रोलर-चक्की: क्षैतिज (क्षितिजाला समांतर) पातळीत ठेवलेल्या स्थिर पोलादी कड्याच्या आतल्या बाजूवरून निलंबित (लोंबते) पोलादी रोलर फिरवण्यात येतात. कडे व रोलर यांच्यामध्ये सापडलेल्या वस्तू वाटल्या जाऊन त्यांचे चूर्ण होते.

लोखंडी चेंडू-चक्की : दळणाकरिता चेंडू-चक्कीचा चांगला उपयोग होतो (आ.६) या यंत्रामध्ये तीन निरनिराळ्या व्यासाचे लोखंडी चेंडू भांड्याच्या अर्ध्या उंचीपर्यंत भरलेले असतात. यंत्राचे पात्र यांत्रिक शक्तीने फिरवले जाते, तेव्हा केंद्रोत्सारी प्रेरणेने लोखंडी चेंडू वर उचलले जातात व गुरुत्वाकर्षणाने पुन्हा क्षैतिज पातळीवर पडतात. या चेंडूंच्या दाबाखाली येणारे घनकण कुटले जातात व त्यांचा बारीक चुरा होतो. एका बाजूने घन पदार्थ आत येतो व दुसऱ्या बाजूने चुरा झालेला पदार्थ बाहेर पडतो अशा चक्कीत जरूर असल्यास पाणी मिसळता येते किंवा ओलसर पदार्थही दळता येतो. उत्पादन केलेले बारीक कण एका विशिष्ट आकारमानाचे पाहिजे असल्यास यंत्राच्या बाहेरच्या तोंडावर चाळणी बसवतात. यंत्राच्या भांड्याचे आयुष्य वाढावे म्हणून त्याच्या आतल्या बाजूवर रबर, सिरॅमिक किंवा पोलादी पत्रा बसवतात. अशा यंत्रामधील चेंडूचा व्यास २ सेंमी ते १५ सेंमी पर्यंत असतो. चुरा केलेल्या पदार्थाबरोबर लोखंडाचा चुरा मिसळून जाऊ नये अशी व्यवस्था करावयाची असल्यास या चक्कीमध्ये भांड्याच्या आतल्या बाजूवर सिरॅमिकाचा थर देतात व सिरॅमिकाचेच चेंडू वापरतात.

पोलादी दांड्याची चक्की : लोखंडी चेंडूऐवजी पोलादी दांडे वापरता येतात. अशा दांड्याची लांबी चक्कीच्या व्यासापेक्षा जास्त असते त्यामुळे दांडे नेहमी क्षैतिज पातळीत राहतात. दांड्याच्या चक्कीत मिळणाऱ्या बारिक कणांचे आकारमान लोखंडी चेंडू-चक्कीपेक्षा जास्त समान असते. ही चक्की चेंडू-चक्कीपेक्षा जास्त खर्चिक असते. दांडे झिजले म्हणजे बदलावे लागतात. नाही तर ते तुटतात व चक्कीचे नुकसान करतात.

दळण – क्रियेची अवस्था: आकारमान-लघुकरण क्रियेमध्ये लोखंडी चेंडू किंवा दांडे दळावयाच्या पदार्थावर आपटणे आवश्यक असते. ज्या वेगाला चक्कीतील चेंडू केंद्रोत्सारी प्रेरणेने आतील पृष्ठभागस चिकटून राहतात. त्या वेगापेक्षा यंत्राचा फिरण्याचा वेग कमी असला पाहिजे. यंत्राचा वेग फार कमी असला, तर चेंडू वर उचलले जाणार नाहीत. म्हणून यंत्राचा वेग अगदी काटेकोरपणे

सांभाळावा लागतो. यंत्राला लागणारी शक्ती यंत्राच्या वेगावर अवलंबून असते. आकारमान-लघुकरणाच्या आर्द्र प्रक्रियेत चक्की-पात्रात पाहिजे तशी गाऱ्याची पातळी ठेवता येते. याकरिता गारा बाहेर पडण्याच्या तोंडावर एक पडदा बसवतात. गाऱ्याची पातळी योग्य असल्यास चक्कीची उत्पादनक्षमता वाढते. चक्कीच्या तोंडापुढे एक गाळणी ठेवून बंद परिपथ-प्रक्रिया करता येते. गाळणीच्या वर राहिलेले मोठ्या आकारमानाचे कण पुन्हा चक्कीत घालतात. अशा पध्दतीने उत्पादनक्षमता वाढते व उत्पादित कण सम आकारमानाचे होतात. लघुकरण-गुणोत्तर व पदार्थाची कठिनता यांवर चक्कीची क्षमता अवलंबून असते.

दळण्यास लागणारी शक्ती : चक्की-यंत्र फिरविण्यास लागणाऱ्या अश्वशक्तीशिवाय प्रत्यक्ष

आकारमान-लघुकरणात लागणारी शक्ती माहीत असणे फायद्याचे असते. रिटींजर यांच्या नियमाप्रमाणे आकारमान-लघुकरणासाठी लागणारी शक्ती घन पदार्थाच्या नवीन तयार होणाऱ्या पृष्ठभागावर अवलंबून असते.

रिटींजर-अंक : घन पदार्थाचा नवीन तयार झालेला पृष्ठभाग आणि त्याकरिता खर्च झालेली शक्ती यांच्या गुणोत्तरास ‘रिटींजर-अंक’ म्हणतात. हा अंक रिटींजर यांच्या प्रयोगाने काढता येतो. या प्रयोगात एक लोखंडी चेंडू काही उंचीवरून खाली ठेवलेल्या पदार्थावर सोडतात. त्यामुळे त्या पदार्थाचे तुकडे होतात. तुटलेल्या पदार्थावरील नवीन पृष्ठभाग मोजतात व लोखंडी चेंडू वर उचलण्यासाठी लागणारी शक्ती मोजतात.

लोखंडी चेंडू-चक्कीची क्षमता रिटींजर-अंकाच्या साहाय्याने काढता येते. रिटींजर-प्रयोगात

रिटींजर-अंक सर्वांत जास्त असतो.  लोखंडी चेंडू-चक्कीचा रिटींजर-अंक आणि प्रयोगातील रिटींजर-अंक यांच्या गुणोत्तरावरून चक्कीची क्षमता ठरवता येते.

रसायनशास्त्रात विक्रियेची गती मोजण्याच्या ज्या पध्दती आहेत त्यांचा उपयोग करून आकारमान-लघुकरणातील विभंजन-गती मोजता येते. हा अभ्यास रिटींजर-अंकाप्रमाणे सैध्दांतिक असून चक्की अभिकल्प करण्यासाठी फार उपयुक्त ठरतो.

संदर्भ : 1. Badger,W.L. Banchero, J. T. Introduction to Chemical Engineering ,Tokyo, 1955.

2. Brown, G G. and Associates, Unit Operations,Tokyo,1962.

आठवले, अ. स.