Tüm kimyasal proseslerde karıştırma önemli, hatta temel bir
işlemdir. Kuru katı maddelerin ve ağır, viskoz pastaların karıştırılması, bir
bakıma düşük viskoziteli sıvıların karıştırılmasına benzer. Her iki durumda da
iki veya daha fazla bileşenden az veya çok düzenli bir ürün elde edilmesi
amaçlanır. Normal olarak sıvıların karıştırılmasında kullanılan bazı cihazlar,
katılar veya pastaların karıştırılmasında da kullanılabilir; veya tersi bir
durum olabilir.
Ancak iki işlem arasında önemli farklılıklar vardır.
Sıvıların karıştırılması, bir akışkan akımı yaratılmasına dayanır; bu akım
karışmayan maddeyi impellere bitişik olan karıştırma bölgesine taşır. Tanecik
katılardan oluşan ağır pastalar ve kütlelerde böyle bir akımın oluşması
olanaksızdır ve karıştırma işlemi başka mekanizmalarla gerçekleşir. Pastalar ve
kuru katı taneciklerin karıştırılması için gerekli güç, sıvılar için olandan
çok daha fazladır.
Sıvıların karıştırılmasından farklı bir başka konu da,
sıvılarda "çok iyi karışma" denilen ve tümüyle homojen bir faz elde
edilen karışma halidir. Pastalar ve tozların karışmasında ürün, çoğu kez iki
veya daha fazla faz içerir; fazların herbirinde maddelerden biri daha fazladır.
"Çok iyi karışmış" bir pasta, düzenli görünümdedir, yanma hızı veya
diğer özellikleri kararlıdır, ancak bir sıvı karışımı kadar homojen değildir.
Ağır pastaların, plastik katıların ve kauçuğun
karıştırılması bir bilimden öte, bir sanattır. Karıştırılacak maddelerin
özellikleri, bir halden bir diğerine önemli derecede değişir. Hatta tek bir
madde bile karıştırma işlemi sırasında değişik zamanlarda farklı durumlar
gösterebilir. Kuru ve serbest akan toz haldeki bir madde, sıvı bir madde
ilavesinde yapışkan ve zamksı bir hal alır, sıvı ilavesi ve karıştırma devam
ederken tekrar kuru, granüler ve serbest-akan katı haline geçebilir. Bu
nedenlerle, pasta ve plastiklerin karıştırılmasında kullanılan karıştırıcıların
dizaynında bu tip davranışların dikkate alınması gerekir.
PASTALAR
VE PLASTİKLER İÇİN KARIŞTIRICILAR
Pasta ve plastik malzemelerin
karıştırılmasında kullanılan cihazlar:
·
Değiştirilebilir-kaplı karıştırıcılar
·
Yoğurucular (hamurkar), dağıtıcılar ve
çiğneyiciler
·
Karıştırıcı silindirler
·
Ezici ve tava karıştırıcılar
·
Tuğla değirmenleri
Değiştirilebilir - Kaplı Karıştırıcılar
Bu tip cihazlar, yiyecek ve boya endüstrisinde olduğu gibi,
viskoz sıvıların veya hafif pastaların karıştırılmasında uygundur.
Karıştırılacak madde 5-10 galonluk küçük bir kaba konulur. Şekil-6(a) da
görülen "çekici" tip karıştırıcıda, dönen bir kafa üzerinde birkaç
tane dikey kanat bulunur; bunlar kap duvarına yakın bir yere konulmuştur.
Kanatlar hafif büküktür. Çalkalayıcı kap, eksenine göre eksantrik (merkezden
kayık) konumda yerleştirilmiştir. Kap, çalkalayıcıyla zıt yönde dönen bir taban
üzerinde bulunur; böylece işlem sırasında kaptaki tüm sıvı veya pasta,
karıştırıcı kanatlarla temas eder. Karışma tamamlandığında çalkalayıcı kafa yukarı
kaldırılarak kanatlar kaptan dışarı çıkarılır ve silindirik kap alınır. Yeni bir
karıştırma için yeni bir kap hazırlanır.
Ezici tip bir karıştırıcıda, Şekil-6(b) de görüldüğü gibi
kap sabit konumdadır. Çalkalayıcı, gezegen (planet) gibi hareket eder; dönerken
kabın tüm noktalarından tekrar tekrar geçer. Eziciler, karıştırma kabının
kenarları ve tabanından çok yakın mesafede geçecek şekilde dizayn
edilmişlerdir.
Şekil-6: Çift-hareketli pasta
karıştırıcılar; (a) çekici (ponny), (b) ezici (beater) tip karıştırıcılar
Yoğurucular,
Dağıtıcılar, Çiğneyiciler
Yoğurma, deforme olabilen veya plastik katıların
karıştırılmasında kullanılan bir yöntemdir; katı kütleyi ezmek, katlamak ve
tekrar ezmek şeklinde yapılır. Malzeme yapışkan ve lastiğimsi bir hal
aldığında, gerekli olan güç miktarı çok artar.
Şekil-7: (a) İki kollu yoğurucu, (b)
yoğurucu ve dağıtıcı kanatlar.
Süspansiyonlar, pastalar ve hafif plastikler "iki-kollu
yoğurucular"da karıştırılırlar (şekil-7a). Tipik uygulamalar arasında
pigmentler ve taşıyıcılarla boya hazırlanması, asetik asit ve asetik anhidritle
pamuk ipliklerini karıştırarak selüloz asetat yapılması sayılabilir. Bir
"dağıtıcı", yoğurucudan daha ağır bir cihazdır ve daha fazla güç
çeker; yapışkan malzemelere katkı ve renk maddeleri karıştırmada kullanılır.
"Çiğneyici" de ağır yapılı bir cihazdır ve fazla yük çeker.
Bunlardan, en sert plastiklere katkı maddeleri katılmasında yararlanılır.
Şekil-7b de değişik amaçlarla kullanılan karıştırma kanatları görülmektedir.
Sigma kanatlar genel amaçlı uygulamalarda kullanılır. Çift-tepeli veya balık
kuyruğu denilen tip kanatla, ağır plastikler için uygundur. Dağıtıcı kanatlar
yüksek kayma kuvvetleri yarattığından, plastik veya lastiksi malzemeler içinde
tozlar veya sıvıların dağıtılmasında kullanılır. Çiğneyici kanatları,yoğurucu
ve dağıtıcı kanatlarından daha ağırdır ve çapları, onları çeviren şaftın
çapından biraz daha büyüktür; spiral, düz ve eliptik şekillerde değişik
dizaynları bulunur.
Yoğurma makinelerinin çoğunda tekne açıktır, fakat bazı
dizaynlarda "iç-karıştırıcı" denilen karıştırıcı odacığı işlem
boyunca kapalı kalır. Bu tip karıştırıcılar lastiği çözmede ve sıvı içinde
lastik dispersiyonu yapmada kullanılır. En çok tanınan iç-karıştırıcı Banbury
tiptir.
Endüstriyel proseslerin çoğunda sürekli çalışan yoğurma
makineleri kullanılır. Sürekli çalışan cihazların çıkışına bir ekstruzyon
kafası takılarak karıştırıcı-ekstruderler elde edilir. Bunlarla, çıkan ürüne
çeşitli şekiller verilmesi ve kesilmesi sağlanabilir. Şekil-8 de sürekli bir
yoğurucu karıştırıcının şematik görünümü verilmiştir.
Şekil-8: Sürekli çalışan bir
yoğurucu
Karıştırıcı
Silindirler
Pastalar ve deforme olabilen katıların karıştırılmasında
uygulanan bir başka yöntem de, bunları farklı hızlarda dönen düzgün metal
silindirlerden geçirmektir. Karıştırıcı silindirler arasından birkaç kez geçen
katı katkı maddeleri, pasta veya plastik malzeme içinde iyice dağılır. İnce
akışkan pastalar (boya endüstrisinde olduğu gibi), biri diğerinin üzerinde
dikey konumda bulunan üç veya beş yatay silindir içeren sürekli değirmenlerden
geçirilir. Pasta önce yavaş dönen silindirden geçer, sırayla hızlanan
silindirlere gelir. Lastik ürünler ve bazı plastikler, aynı yatay düzlemde
bulunan iki takım silindirli değirmenlerde yığın (batch) yöntemiyle işlenir. Hızla dönen silindirden çıkan malzeme alınır,
operatör tarafından kesilir ve silindirler arasına tekrar verilir. Yığın
şeklinde çalışan silindirli değirmenlerde işleme süresi uzundur ve operatörün
gözlemleri çok etkilidir. Bunlar, iç-karıştırıcılara (banbury gibi) kıyasla
daha az kullanılırlar.
Ezici
Tavalar
Bir ezici, diğer karıştırma makinelerinden belirgin
farklılıkta ürün verir. Ezmede, bir havanda olduğu gibi, ovalama hareketi
vardır. Büyük çaplı işlemlerde bu hareket, karıştırıcının geniş ve ağır
tekerlekleriyle verilir. Şekil-9 daki dizaynda tava sabittir ve merkezi dikey
şaft hareketlidir; şaft, ezici tekerlekleri, tavadaki katı tabakası üzerinde
dairesel bir yol boyunca döndürür. Katı üzerinde tekerleklerin kaymasıyla
ovalama hareketi oluşur. Süpürücüler katıyı ezici tekerleklerin altına
gönderir, veya (çevrimin sonunda, karıştırıcı boşaltılırken) tava dibindeki
boşluğa iter.
Şekil-9: Ezici-tava tip bir karıştırıcı
Tuğla
Değirmenleri
Tuğla değirmenlerde karıştırma işlemi, açık tekne veya
kapalı silindirde dönen bir yatay şafta, sarmal (helikal) biçimde
yerleştirilmiş kanatlar veya bıçaklarla yapılır. Malzeme karıştırma odacığında
kesilir, karıştırılır ve peşpeşe duran kanatlara gönderilir. Tek-şaftlı
değirmenlerde karıştırma odacığı kapalıdır. Çok hızlı karıştırma gerektiğinde
açık-tekneli, çift-şaftlı değirmenler kullanılır. Kapalı değirmenlerin çoğunda
odacık silindir şeklindedir.
KURU
TOZ KARIŞTIRICILARI
Buraya kadar anlatılan makinelerde, kuru ve serbest-akan
katılarla pasta, lastiksi veya plastik maddelerin karıştırılması incelendi.
Karıştırma işlemi sırasında maddenin özellikleri değişiyorsa farklı dizaynlarda
karıştırıcılara gereksinim olur.
Bu kısımda daha hafif makineler üzerinde durulacaktır.
Bunlar kuru tozlar ve bazan da ince pastaların işlenmesinde kullanılmaktadır.
Bu tip karıştırıcılar:
·
şerit karıştırıcılar,
·
döner karıştırıcılar,
·
iç-vidalı karıştırıcılar,
·
darbe döndürmeli karıştırıcılar
olmak üzere dört grupta toplanabilir.
Şerit Karıştırıcılar
Şerit karıştırıcı, içinde merkezi bir şaft ve bir sarmal
şerit çalkalayıcının bulunduğu yatay bir teknedir. Tipik bir şerit karıştırıcı
Şekil-10 da görülmektedir. Aynı şaft üzerine karşıt yönlerde dönen iki şerit
yerleştirilmiştir; biri katıyı yavaş yavaş bir yönde hareket ettirirken, diğeri
hızla aksi yönde yürütür. Şerit çalkalayıcılar sürekli veya kesikli olarak
çalışabilir. Karıştırma, zıt etkili çalkalayıcıların yarattığı türbülens
sonucunda gerçekleşir.
Bu tip karıştırıcıların bazıları yığın (batch) yöntemiyle
çalışır; katı madde tekneye doldurulur ve yeteri kadar karıştırıldıktan sonra
boşaltılır. Bazıları ise sürekli çalışır; teknenin bir ucundan karıştırılacak
malzeme beslenir, diğer uçtan ürün alınır. Normal çalışmalarda teknenin üstü
açıktır veya hafif bir malzemeyle kapatılabilir. Basınç veya vakum altında
çalışıldığında güvenli bir kapak kullanılır. Şerit karıştırıcılar, akışkan
olmayan tozlar ve hafif pastalar için etkin karıştırıcılardır. Tüketilen güç
orta seviyelerdedir.
Şekil-10: Bir şerit karıştırıcının şematik görünümü
Döner
Karıştırıcılar
Pek çok madde bir kap içine konulup, kabın yatay bir eksende
döndürülmesiyle karıştırılır. Döner değirmenlerin çoğunda öğütücü elemanlar
bulunmaz. Döner variller, bilyalı değirmenlere benzer, ancak bunlarda bilyeler
yoktur; sıvı içinde yoğun katı süspansiyonlar yapmak ve ağır kuru tozların
karıştırılmalarında uygun sistemlerdir. Şekil-11 de görülen çift-konili ve
ikiz-kovanlı tiplerde sadece kuru katı maddeler karıştırılabilir. Çift konili
karıştırıcı (Şekil-11a), serbest-akışlı kuru toz halindeki katılar için çok
kullanılan bir tiptir. Madde üst kısımdan, cihazın %50-60 ı dolacak şekilde
yüklenir, kapaklar kapatılır ve kazan 5-10 dakika döndürülür, sonra makine
durdurulur ve karıştırılmış ürün dipten alınır. Şekil-11b de görülen ikiz
kovanlı karıştırıcı, V şeklinde birleştirilmiş iki silindirden oluşur; sistem
yatay bir eksen etrafında döner. Çift konili karıştırıcıda olduğu gibi, iç
kısmında püskürtme (sprey) mekanizması bulunur; bununla karışıma veya dönen
mekanik aksama az miktarda sıvı püskürterek katı taneciklerin yer yer yığılması
(aglomerasyon) önlenir. Bazı uygulamalarda çift kovanlı karıştırıcılar
çift-konilerden daha etkindir. Döner karıştırıcılar çok çeşitli
büyüklüklerdedir ve şerit karıştırıcılara kıyasla biraz daha az yükle
çalışırlar.
Şekil-11: Döner karıştırıcılar; (a)
çift konili, (b) ikiz kovanlı
İç Vidalı Karıştırıcılar
Serbest akan tanecikler halindeki ve diğer hafif katılar, içinde sarmal bir taşıyıcı bulunan dikey tanklarda karıştırılır. Bu tip karıştırıcıların sanayide çok farklı dizaynları bulunur. Şekil-12 de görülen çift hareketli sarmal taşıyıcı, konik ve kalın bir merkez ekseninde dönerken karışımın her noktalarıyla temas eder.
Darbe-Döndürmeli Karıştırıcılar
İnsektisidler gibi hafif tozlar, santrifüj kuvvet etkisiyle
ince bir tabaka halinde yayılarak karıştırılır. Birkaç madde bir ön karıştırma
işleminden sonra yüksek hızda dönen bir diskin (çapı 10-27 inç dolayında)
merkezi yakınına sürekli olarak beslenir; disk karışımı, içinde bulunduğu sabit
kasanın duvarlarına fırlatır. Karışma. katı taneciklere disk yüzeyi boyunca
olan hareketleri sırasında etki eden kayma kuvvetleriyle sağlanır. Disk dikey
veya yatay konumda olabilir. Şekil-13 deki aşındırma değirmeni bu tip etkin bir
karıştırıcıdır.
GERİ (proje çalışmaları)
