Karıştırma (proses mühendisliği)
Endüstriyel proses mühendisliğinde karıştırma, heterojen bir fiziksel sistemin daha fazla homojen hale getirilmesi karıştırılmasını içeren birim işlemdir.
Su sıcaklığını homojenleştirmek için yüzme havuz suyunun pompalanması ve topakları yok etmek için pankek hamurunun karıştırılması bazı karıştırma örnekleridir.
Karıştırma, bir veya daha çok akış, bileşen veya faz arasında ısı ve/veya kütle aktarımı yapmak amacıyla yapılır. Kimya, gıda vb. sanayi işlemleri neredeyse her zaman karıştırma gerektirir.[1] Bazı kimyasal reaktörlerde de karıştırıcılar kullanılır.
Doğru ekipmanla bir katı, sıvı veya gazın başka bir katı, sıvı veya gazla karıştırılması mümkündür. Biyoyakıt fermenter cihazı, optimum verim için mikropların, gazların ve sıvı ortamın karıştırılmasını gerektirir; organik nitrasyon, konsantre (sıvı) nitrik ve sülfürik asitlerin bir hidrofobik organik faz ile karıştırılmasını gerektirir; ilaç tabletlerin üretimi katı tozların karıştırılmasını gerektirir.
Karıştırmanın tersi ayırma'dır. Ayrışmanın klasik bir örneği brezilya cevizi etkisi'dir.
Karıştırmanın matematiği soyut olup hakkında ergodik ve kaos teori'leri vardır.
Karıştırmanın sınıflandırması
[değiştir | kaynağı değiştir]Karıştırmada kullanılan işlem ve ekipman türü, karıştırılan malzemelerin durumuna (sıvı, yarı katı veya katı) ve işlenen malzemelerin karışabilirliğine bağlıdır. Bu nedenle karıştırma eylemi, karıştırma veya yoğurma işlemleri ile eşanlamlı olabilir.[1]
Sıvının sıvıya karışımı
[değiştir | kaynağı değiştir]Sıvıların karıştırılması proses mühendisliğinde sık kullanılır. Harmanlanacak sıvıların yapısını kullanılan ekipman belirler. Tek fazlı karıştırma, sıvı tutulmasına neden olmak için az kesmeli, büyük debili karıştırıcıları ister. Çok fazlı karıştırma genellikle yüksek kesme kullanımı gerektirir.
Akışın Reynolds sayısı'na bağlı olarak laminer, türbülanslı veya geçiş akış rejimlerinde sıvının damlacıklarını oluşturmak için yüksek kesmeli, az debili karıştırıcılar kullanılır.
Türbülanslı veya geçişli karıştırma genelde türbin veya çarkla yapılır. Laminer karıştırma ise sarmal şerit veya çapa karıştırıcılar ile yapılır.[2]
Tek fazlı karıştırma
[değiştir | kaynağı değiştir]Birbiri içinde karışabilir veya en azından çözünen sıvıların karıştırılması mühendislikte ve günlük yaşamda Örneğin, çay veya kahveye süt veya krema eklenmesi sık görülür. Her iki sıvı da su esaslı olduğundan birbirleri içinde kolayca çözünürler. Eklenen sıvının momentumu bazen ikisini karıştırmak için yeterli türbülans oluşturmaya yeterlidir çünkü her iki sıvının viskozitesi nispeten azdır. Gerekirse karıştırma işlemini tamamlamak için bir kaşık veya kürek kullanılabilir. bal gibi daha viskoz bir sıvıda karıştırma, aynı homojenliği aynı sürede elde etmek için birim hacim başına daha fazla karıştırma güç gerektirir.
Katının katıyla karıştırılması
[değiştir | kaynağı değiştir]Tozların karıştırılması, katı madde işleme sanayilerinde en eski birim operasyonlardandır. Uzun yıllardır toz harmanlama sadece dökme malzemeleri homojenize etmek için kullanılmıştır. Çeşitli dökme katı özellikleri olan malzemeleri işlemek için birçok farklı makine tasarlanmıştır. Bu farklı makinelerle kazanılan pratik deneyime dayanarak, güvenilir ekipman yapmak, ölçek büyütme ve karıştırma davranışını tahmin etmek için mühendislik bilgisi geliştirilmiştir. Günümüzde aynı karıştırma teknolojileri birçok uygulama için kullanılmaktadır örn. ürün kalitesini iyileştirmek, parçacıkları kaplamak, malzemeleri kaynaştırmak, ıslatmak, sıvı içinde dağıtmak, yığmak, işlevsel malzeme özelliklerini değiştirmek vb.
Karıştırma ekipmanının bu uygulama yelpazesi, optimum ekipman ve süreç seçimine ulaşmak için yüksek düzeyde bilgi, uzun süreli deneyim ve büyük deneme tesisleri gerektirir.
Katının katıya karıştırılması ya daha basit karıştırma şekli olan toplu karıştırıcılarda ya da belirli durumlarda daha karmaşık, ancak ayırma, kapasite ve doğrulama açısından ilginç avantajlar sağlayan sürekli kuru karışımda yapılabilir.[3]
Otomobil, makine, inşaat veya diğer sanayilerin kum döküm metal parçalarını yapmak için erimiş metalin kalıplanıp döküldüğü kum, bentonit kili, ince kömür tozu ve suyun birlikte plastik gibi kalıplanabilen ve yeniden kullanılabilen bir kütleye karıştırıldığı dökümhane kalıplama kumu, katının katıya karıştırma işlemine iyi bir örnektir.
Sanayi tipi karıştırma ekipmanı
[değiştir | kaynağı değiştir]Karıştırma süreçlerini tasarlamak ve geliştirmek için pek çok mühendislik çalışması yapılır. Sanayide karıştırma, yığınlar halinde (dinamik karıştırma), hat içi veya statik karıştırıcılarla yapılır. Hareketli karıştırıcılarda, genelde gerekenden çok daha hızlı 1800 veya 1500 dev/dak. standart hızlarda dönen elektrik motoru kullanılır. Şanzımanlı karıştırıcı, mil hızını azaltmak ve torku artırmak için kullanılır. Bazı uygulamalarda ürün tam karıştırmak için çok milli mikser de kullanılır.[4] Toplu karıştırmalara ek olarak, sürekli karıştırma yapılabilir. Sürekli işleme makinesi kullanılarak, bir veya daha çok kuru veya sıvı bileşen makineye doğru olarak ölçülüp konulabilir ve makineden çıkan sürekli, homojen bir karışım görülebilir.[5] Birçok sanayi, çeşitli nedenlerden dolayı sürekli karıştırmaya dönmüştür. Bunlardan bazıları temizleme kolaylığı, daha az enerji tüketimi, daha küçük ayak izi, kullanışlılık, çok yönlülük, kontrol vb. dir. ikiz vidalı Sürekli İşlemci gibi sürekli karıştırıcılar da çok yüksek viskoziteli malzemeleri işler.
Türbinler
[değiştir | kaynağı değiştir]Türbin geometrileri ve güç numaraları aşağıda verilmiştir.
| İsim | Güç numarası | Akış yönü | Bıçak açısı (derece) | Bıçak sayısı | Bıçak geometrisi |
|---|---|---|---|---|---|
| Rushton türbini | 4.6 | Radyal | 0 | 6 | Düz |
| Eğimli kanatlı türbin | 1.3 | Eksenel | 45–60 | 3–6 | Düz |
| Hidrofil | 0.3 | Eksenel | 45–60 | 3–6 | Kavisli |
| Gemi Pervanesi | 0.2 | Eksenel | N/A | 3 | Kavisli |
Farklı işler için farklı tipte çarklar kullanılır; örneğin, Rushton türbinleri gazları sıvılara karıştırmak için kullanışlıdır, ancak çöken katıları sıvıya dağıtmada işe yaramaz. Smith türbini ve Bakker türbini gibi yeni geliştirilen türbinler, gaz-sıvı karışımı için Rushton türbininin yerini almıştır.[6]
Güç sayısı, birim hacim başına sabit güçte aynı akışkan içinde farklı çarkları döndürmek için gereken tork miktarının deneysel (ampirik) bir ölçüsüdür; daha büyük güç sayılı çarklar daha çok torkla daha yavaş hızda dönerken daha küçük güç sayılı çarklar daha az torkla ancak daha yüksek hızlarda döner.
Yakın boşluklu karıştırıcılar
[değiştir | kaynağı değiştir]İki tip yakın boşluklu karıştırıcı vardır: Ankrajlı ve Helis şeritli karıştırıcı. Ankrajlı karıştırıcı, katı gövdenin dönmesini sağlar ve dikey karıştırmayı desteklemez ama helis şeritli karıştırıcı malzemeyi dikeyde karıştırır.
Laminer rejimde yakın boşluklu karıştırıcı kullanılır, çünkü akışkanın viskozitesi akışın atalet kuvvetlerini yener ve pervaneden ayrılan akışkanın yanındaki akışkana sürüklenmesini engeller.
Helis şeritli karıştırıcı, genellikle duvardaki malzemeyi aşağı doğru itmek için döndürür. Böylece sıvı dolaşımına ve duvardaki yüzeyin yenilenmesine yardım eder.[7]
Diğer
[değiştir | kaynağı değiştir]
- Şerit Karıştırıcı
- Şerit karıştırıcılar, kuru karıştırma işlemlerini yapmak için proses endüstrilerinde çok yaygındır. Karıştırma, millerin üzerine kaynaklı 2 helezon (şerit) sayesinde yapılır. Her iki helezon da ürünü zıt yönlerde hareket ettirerek karıştırma işlemini yapar[8] (şerit karıştırıcı resmine bakınız).
- V Karıştırıcı
- Sürekli İşlemci
- Konik Vidalı Karıştırıcı
- Vidalı Karıştırıcı
- Çift Konili Karıştırıcı
- Çift Planet Karıştırıcı
- Yüksek Viskoziteli Karıştırıcı
- Tersine dönen Karıştırıcı
- Çift ve Üçlü Milli Karıştırıcı
- Vakum Karıştırıcı
- Yüksek Kesme Rotor Statörü
- Çarpıcı Karıştırıcı
- Dispersiyon Karıştırıcı
- Kürek
- Jet Karıştırıcı
- Mobil Karıştırıcı
- Tamburlu Karıştırıcılar
- Intermix Karıştırıcı
- Yatay Karıştırıcı
- Sıcak/Soğuk karıştırma kombinasyonu
- Dikey karıştırıcı
- Turbokarıştırıcı
- Planet Karıştırıcı
- Planet karıştırıcı, yapıştırıcı, ilaç, yiyecekler (hamur dahil), kimyasal maddeler, elektronik, plastik'ler ve pigment'ler dahil olmak üzere çeşitli ürünleri karıştırmada kullanılan bir cihazdır.
- Bu karıştırıcı, atmosferik veya vakum koşulları altında viskoz macunları (6 milyon centipoise)’a kadar karıştırmak ve yoğurmak için idealdir. Kapasitesi 0.5 ABD pinti (0.24 L; 0.42 imp pt) ila 750 ABD galonu (2.800 L; 620 imp gal) arasındadır. Isıtma veya soğutma için kılıflama, vakum veya basınç, değişken hızlı sürücü vb. gibi birçok seçenek mevcuttur.
- Bıçakların her biri kendi dönüş eksenleri‘nde ve aynı zamanda ortak bir eksende döner. Böylece çok kısa bir zaman diliminde tam karıştırma sağlanır.
Dış bağlantılar
[değiştir | kaynağı değiştir]- Dökme katıları ve tozları karıştırma ekipmanı hakkında Wiki 11 Ağustos 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- Karıştırma süreçlerinde akışkanlar dinamiğinin görselleştirilmesi 26 Şubat 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- Katıların karıştırılması hakkında bilgi - powderprocess.net 28 Eylül 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ a b Ullmann, Fritz (2005). Ullmann's Chemical Engineering and Plant Design, Volumes 1–2. John Wiley & Sons. http://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpUCEPDV02/ullmanns-chemical-engineering 17 Haziran 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- ^ "Various Mixing Experiments". Bakker.org. 10 April 1998. 26 June 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 June 2017.
- ^ "Batch and continuous solids mixing comparison - Powder Mixing". 13 Şubat 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- ^ "High Viscosity Mixers: Dual and Triple Shaft Mixers". Hockmeyer.com. 3 July 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 June 2017.
- ^ "Continuous Processor" http://www.dairynetwork.com/product.mvc/Continuous-Processor-0002
- ^ "Asymmetric Blade Impeller". Bakker.org. 16 Aralık 1998. 14 Ağustos 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 June 2017.
- ^ "Helical Ribbon Impeller". Bakker.org. 10 April 1998. 14 Ağustos 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 June 2017.
- ^ "Powder Mixer - Ribbon blender - Design calculation and key operation parameters". 16 Şubat 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Şubat 2018.