Tek fazlı ürünlerin karışımı için yüksek kayma gerilmeli karıştırıcı tasarımı ve imalatı
High shear mixer design and manufacturing for mixing of single phase products
Yazar: SELİM ÜNAL
Danışman: PROF. DR. HASAN KARABAY
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yüksek kayma gerilmeli karıştırıcılar, emülsiyon oluşturacak olan sıvı-sıvı karışımlarda başarılı sonuçlar vermektedir. Ancak ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle özellikle ülkemizde yaygınlık kazanamamaktadır. Enerji sarfiyatı, ürün kalitesi ve işlem süresi göz önüne alındığında özellikle kritik prosesler için yatırım maliyetlerini göz ardı edebilecek seviyede başarılı sonuçlar vermektedir. Tek fazlı ürünlerin karışımı için tasarlanacak olan yüksek kayma gerilmeli karıştırıcı hakkında yapılan literatür taraması sonucunda işletme koşulu olarak 2500d/dk dönüş hızı, 3dk işletme süresi ve 25°C sürekli faz sıcaklığı tercih edilmiştir. Karıştırıcı performansını etkileyecek parametreler arasında rotorun dönüş hızından sonra en büyük öneme sahip olan stator tasarımının etkisini irdelemek adına 3 adet başlık tasarımı gerçekleştirilmiş ve stator olarak dişli stator tercih edilmiştir. Tüm tasarımlarda rotor olarak kanatlı dişli rotor tercih edilirken statorlu tasarımlarda rotor-stator arasındaki mesafe 0,5mm olarak sabitlenmiştir. Kullanılan enerjinin önemli bir kısmının stator duvarlarında parçalanma kinetiği olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle çift kademeli statorda debi oranı tek kademeli statora göre düşmektedir. Ancak stator kademesinin arttırılması parçalama kinetiği yönünden önemli faktördür. Ağırlıkça %1'lik su-silikon yağı ile gerçekleştirilen deneyler sonucunda damlacık boyutlarının önemli oranda azaldığı tespit edilmiştir. Özellikle çift kademeli statorun sisteme dahil etmiş olduğu enerjinin ve ürünlerin karışım hacmindeki kalma süresinin artması, damlacık boyutlarının 1,6μm'ye kadar düşürülmesinde önemli bir etkiye sahiptir.

Abstract:
High shear stress mixers achieve successful results in liquid-liquid mixtures that will form emulsions. However, due to the high initial investment costs it is not widely used in Turkey. Considering the energy consumption, product quality and mixing time, it gives important results which can ignore the investment costs especially for critical processes.
As a result of the literature review on the high shear mixers which will be designed for the mixing of single phase products, 2500rpm rotor speed, 3 minutes operating time and 25°C continuous phase temperature are preferred as operating condition. In order to examine the effect of stator design which has the greatest importance after rotor speed among the parameters that will affect the mixer performance, 3 head designs have been realized and toothed stator has been preferred as stator. In all designs, rotor is preferred as winged toothed rotor. In stator designs, the distance between rotor and stator (gap) is fixed as 0.5mm. While the mechanical energy generated in the motor is transferred to the fluid through the rotor, a significant part of this energy is used as the kinetics of breakup in the stator walls. Therefore, the flow rate in the double stage stator is reduced compared to the single stage stator. However, increasing the stator stage is an important factor in terms of shredding kinetics. As a result of the experiments carried out with 1% by weight water-silicone oil, it was found that the droplet sizes decreased significantly. In particular, the increase in the mixing volume of the products and the energy introduced by the dual stage stator has a significant effect on reducing droplet sizes up to 1.6μm.