Çift fazlı ürünlerin karışımı için yüksek kayma gerilmeli karıştırıcı tasarımı ve imalatı
High shear mixer design and manufacturing for mixing of two phases products
Yazar: FURKAN KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. HASAN KARABAY
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Süspansiyon = Suspension

Özet:
Yüksek kayma gerilmeli karıştırıcılar, rotor ve statorun da etkisi ile birlikte yüksek oranda deformasyon performansına sahiptirler. Bu da katı-sıvı homojen karışımlarda kısa sürede istenilen ürünün elde edilmesini sağlarken, süspansiyon oluşturacak katı-sıvı karışımlarda ise partiküllerin parçalanması ve daha küçük boyutlara ulaşmasını sağlamak için kullanılır.
Katı-sıvı karışımlar için örnek uygulama ürünü olarak karboksimetil selüloz (CMC) ile suyun ağırlıkça %1'lik karışımı tercih edilmiştir. Newtonien olmayan akışkan özelliği gösteren bu karışımın 2500d/dk rotor hızında farklı başlık tasarımları ile yapılan testleri sonucunda karışım süresine bağlı olarak ≈0,4 Pa.s viskozite değerleri elde edilmiştir. İşlem süresinin yeterince uzun tutulması durumunda elde edilen ürünün özellikleri statorlu geometrilerin hepsinde eşit olmaktadır. Ancak sistem tarafından kullanılan enerji miktarı önemli oranda değişmektedir. Bu nedenle dikkat edilmesi gereken husus enerji ve zaman verimlilikleridir. Bu durumları incelemek için her bir başlık tasarımı ile elde edilen tork ve debi miktarları farklı rotor hızlarında değerlendirilmiştir.
Debinin rotor hızına bağlı olduğu karıştırıcılarda stator geometrisinin akış hızlarında önemli bir faktör olduğu tespit edilmiştir. Bunun için aynı işletme koşulları altında farklı geometrik tasarımlar ile deneyler yapılmıştır. Tüm rotor hızları için yaklaşık olarak debi ve tork değerlerinin ters orantılı olduğu tespit edilmiştir. Debi miktarları yönünden en başarılı başlık geometrisi büyük delikli statora sahip karıştırıcı başlıktır. Enerji dağılım oranı yönünden ise en başarılı geometri oluklu statora sahip karıştırıcı başlık olarak belirlenmiştir.

Abstract:
High shear mixers have high deformation performance with effect of rotor and stator. Thus have solid and liquid mixtures in a short time. Also, in the solid-liquid mixtures to form a suspension is used to provide access to the particle breakdown and a smaller size.
As an exemplary application product for solid-liquid mixtures, 1% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) and water were preferred. The viscosity values of ≈0.4 Pa.s were obtained depending on the mixing time as a result of the tests performed with different head designs at 2500rpm rotor speed of this mixture showing non-Newtonian fluid properties. If the process time is kept long enough, the properties of the product obtained are equal in all stator geometries. However, the amount of energy used by the system varies considerably. Therefore, energy and time efficiencies should be considered. In order to examine these cases, torque and flow rates obtained with each head design were evaluated at different rotor speeds.
It was found that stator geometry is an important factor in flow formation in mixers where flow rate depends on rotor speed. Experiments with different geometric designs were performed under the same operating conditions. For all rotor speeds, it has been found that flow and torque values are inversely proportional. 
The most successful head geometry in terms of flow rates is the mixer head with a large holes stator. In terms of energy distribution rate, the most successful geometry was determined as the mixing head with corrugated stator.