موضوع مقاله: مخلوط سازی (فرایند مهندسی) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مخلوط سازی (فرایند مهندسی) | مقدمه: در مهندسی فرایند، مخلوط سازی یک عملیات واحد است که شامل دستکاری یک سیستم فیزیکی ناهمگن و تبدیل آن به یک سیستم همگن می‌شود. | ## بخش 1: مخلوط سازی (فرایند مهندسی) | نمونه‌هایی از این پروسه عبارتند از پمپاژ آب در استخر شنا برای یکنواخت کردن دمای آب و یا هم زدن خمیر پنکیک برای از بین بردن توده‌های آرد. اختلاط با این هدف انجام می‌شود که انتقال گرما و/یا جرم بین یک یا چند جریان و فاز رخ دهد. با ابزار مناسب، می‌توان یک جامد، مایع یا گاز را با جامد، مایع یا گاز دیگری مخلوط کرد. برای مثال، یک تخمیرکننده زیست‌سوخت ممکن است به اختلاط میکروب‌ها، گازها و مایعات برای عملکردی بهینه نیاز داشته باشد. مثلا نیتراسیون آلی نیاز به اسیدهای نیتریک و سولفوریک غلیظ (مایع) دارد تا با فاز آلی آبگریز مخلوط شود. دسته‌بندی مخلوط سازی نوع عملیات و تجهیزات مورد نیاز در حین مخلوط سازی به حالت مواد در زمان مخلوط شدن (مایع، نیمه جامد یا جامد) و اختلاط‌پذیری مواد در حال پردازش بستگی دارد. ماهیت مایعاتی که مخلوط می‌شوند تجهیزات مورد استفاده را تعیین می‌کند.برای اختلاط تک فاز بیشتر به میکسرهای کم برش و جریان‌بالا برای ایجاد همگنی مایع نیاز است، در حالی که اختلاط چندفازی معمولاً نیاز به استفاده از میکسرهایی با برش بالا و جریان کم برای ایجاد قطرات یک مایع در یک رژیم جریان آرام ، آشفته یا انتقالی دارد. اختلاط جامد با جامد ترکیب پودرها یکی از قدیمی‌ترین عملیات واحد در مدیریت صنایع مواد جامد است. تا به‌ امروز ماشین های متفاوت زیادی برای مخلوط سازی مواد با خواص حجمی مختلف طراحی شده است. بر اساس تجربه عملی به‌دست‌آمده با این ماشین‌ها، دانش مهندسی برای ساخت تجهیزات قابل اعتماد و پیش‌بینی رفتار فرایند اختلاط در مقیاس بزرگ توسعه یافته است. | ## بخش 2: مخلوط سازی (فرایند مهندسی) | امروزه از همین فناوری‌های اختلاط برای کاربردهای دیگری نیز استفاده می شود: برای بهبود کیفیت ساخت، پوشش ذرات، ذوب مواد، مرطوب سازی، پراکندگی در مایع، تغییر خواص عملکردی مواد و غیره. این طیف گسترده از کاربردهای تجهیزات اختلاط نیازمند دانش بالا، تجربه طولانی مدت و امکانات آزمایشی گسترده می‌باشد تا به انتخاب بهینه تجهیزات و فرآیندها منجر شود. یکی از نمونه‌های فرآیند اختلاط جامد با جامد، ریخته‌گری ماسه‌ای است که در آن ماسه، خاک رس، بنتونیت ، گرد و غبار ریز زغال سنگ و آب به یک توده پلاستیکی ، قابل قالب‌گیری و قابل استفاده مجدد مخلوط می‌شوند و برای قالب‌گیری و ریختن فلز مذاب برای به‌دست آوردن ریخته‌گری ماسه‌ای استفاده می‌شود. از این روش برای ساخت قطعات فلزی مورد استفاده در خودروسازی، ماشین‌سازی، و یا ساخت‌وساز سایر صنایع استفاده می‌شود. مکانیزم‌های اختلاط در مخلوط سازی پودری دو نوع اختلاط قابل قسم است: اختلاط همرفتی و اختلاط فشرده. به عبارتی بهتر، اجزایی که باید مخلوط شوند بر روی اجزای دیگر پخش می‌شوند و با گذشت زمان، مخلوط به طور تصادفی یکنواخت می‌شود. از تهدیدهای احتمالی در طول اختلاط در ابعاد ماکرو، می‌توان به عدم اختلاط اجزاء به دلیل تفاوت در اندازه، شکل یا چگالی ذرات مختلف که می‌تواند منجر به جداسازی شود، اشاره کرد. هنگامی که مواد تشکیل‌دهنده مخلوط منسجم هستند، که برای مثال در مورد ذرات ریز و همچنین با مواد مرطوب قابل تعمیم است، اختلاط همرفتی برای به دست آوردن یک مخلوط یکنواخت به‌طور رندوم کافی نیست. نیروهای نسبتا قوی‌ بین ذره‌ای، توده‌هایی را تشکیل می‌دهند که توسط نیروهای انتقال (این نیروها به نسبت ضعیف هستند) در مخلوط کن همرفتی شکسته نمی‌شوند. اختلاط مایع با جامد اختلاط مایع با جامد معمولاً به منظور معلق کردن جامدات درشت با جریان آزاد یا با هدف شکستن توده‌های جامدات ریز آگلومره انجام می‌شود. | ## بخش 3: مخلوط سازی (فرایند مهندسی) | یک نمونه اولیه و ساده، مخلوط کردن شکر در آب است و یا مخلوط کردن آرد یا شیرخشک در آب. در حالت اول، ذرات را می توان با حرکت توده‌ای سیال، به حالت تعلیق درآورد و از یکدیگر جدا کرد. در مرحله دوم، خود میکسر (یا میدان برشی قوی در نزدیکی آن) باید توده ها را بی‌ثبات کند و باعث متلاشی‌ شدن آنها شود. یکی از مثال‌ها معروف فرآیند اختلاط جامد با مایع در صنعت، اختلاط بتن است که در آن سیمان، ماسه، سنگ‌های کوچک یا شن و آب به یک توده خود سخت‌شونده همگن ترکیب می‌شوند که در صنعت ساختمان‌سازی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در مورد فرایند حذف هوا ، گاز برای حذف مواد فرار از یک مایع استفاده می‌کند. معمولاً برای این منظور از یک بستر آکنده استفاده می‌شود که بسته‌بندی به عنوان یک مخلوط‌کن بی حرکت عمل می‌کند و پمپ هوا نیروی محرکه لازم را فراهم می‌کند. زمانی که از مخزن و پروانه برای مخلوط سازی استفاده می‌شود، معمولاً هدف اطمینان از این است که حباب‌های گاز تا زمان مورد نیاز با مایع در تماس باشند. اختلاط در یک مخزن نیز مفید است هنگامی که یک واکنش شیمیایی (نسبتا) کند در فاز مایع رخ می دهد، و بنابراین اختلاف غلظت در لایه نازک نزدیک حباب نسبتا زیاد است. | ## جمع‌بندی | اگر یک واکنش شیمیایی (نسبتا) سریع در فاز مایع وجود داشته باشد، گاهی سودمند است تا حباب‌های گاز را پراکنده کنیم، اما نباید در گردش مجدد قرار گیرند و اطمینان حاصل شود که حباب‌های گاز در جریان پلاگ حرکت می‌کنند و می‌توانند جرم را با کارایی بیشتری منتقل کنند.