Design and scale-up of mixers used in the mixing of industrial paints including micro-and/or nano-particles
Mikro ve/veya nano boyutta tanecikler içeren endüstriyel boyaların karıştırılmasında kullanılan karıştırıcıların tasarımı ve boyut büyütmesi
- Tez No: 699200
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞERİFE ŞEREF HELVACI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
Bu tezin temel amacı, boya üretim süreçlerindeki ilk karıştırma işlem adımında kullanılan yüksek hızlı karıştırıcılar için, teorisi bilimsel temellere dayandırılmış, anlamlı ve uygulanabilir bir ölçek büyütme izleği geliştirmektir. Karıştırma işlemlerinin ölçeklendirilmesindeki en önemli nokta, karıştırma mekanizmasını anlamak ve ardından bütün boyutların en iyi şekilde benzeştirilmesine olanak sağlayan, en uygun ölçeklendirme parametresini bulmaktır. Bu tezin kapsamında, farklı boyutlar, farklı yüksek hız pervaneleri, farklı akışkanlar ve farklı ölçeklendirme parametreleri incelenerek, bütün boyutlar için aynı belirlenmiş özellikleri elde edebilme adına, boya üretim süreçlerinde yer alan ilk karıştırma işlem adımının ölçek büyütme/küçültme mekanizmasının haritalanması hedeflenmiştir. Tez kapsamında 3 farklı testere dişli pervane ile, 2 farklı laboratuvar boyutunda çalışılmıştır. Tez üç aşamadan oluşacak şekilde kurgulanmıştır. Birinci aşamada, pervane geometrisine bağlı bir boyutsuz sayı olan Güç sayısının, (𝑁𝑃), karıştırma prosesi ile ilgili diğer boyutsuz sayılar olan Reynolds sayısı (𝑅𝑒) ve Froude sayısı (𝐹𝑟) ile ilişkisi, her bir pervane tipi için bulunmuştur. Farklı viskozitelere sahip Newton tipi akışkanlar, farklı boyutlarda karıştırılarak, 𝑁𝑃 sayısının, malzeme ve ekipman boyutunu fonksiyonu olmadığı görülmüştür. İkinci aşamada, birinci aşamanın çıktılarından yararlanılarak, mikro ve/veya nano boyutta tanecikler içeren Newton olmayan akışkanlarla çalışma yapılmış ve pervane dönüş devri ile tank içindeki etkin kesme hızı arasındaki eşitlik sabitleri (Meztner – Otto sabitleri) bulunmuştur. Farklı laboratuvar boyutlarında çalışma yapılarak Meztner – Otto sabitinin boyuttan bağımsız olduğu tespit edilmiştir. Metzner – Otto sabitleri büyük dişli pervane (BT), küçük dişli pervane (ST) ve kanatlı pervane (W) için sırasıyla 20.7, 12.4, ve 11.4 bulunmuştur. Üçüncü aşamada ise, 1 ve 2. aşamadaki bulgulardan yararlanılarak farklı boyut büyütme – küçültme hesaplama yöntemleri denenmiş ve endüstriyel boyalar için en uygun ölçeklendirme metodu tespit edilmişir. Üretim boyutu ve laboratuvar boyutu arasında uç hızı, kesme hızı, eşit Reynolds sayısı ve hacim başına aktarılan güç değerleri eşitlenerek üretimler yapılmış ve ürünlerin kaliteleri karşılaştırılmıştır. Ezilme inceliği, renk değerleri, ve görsel kontrol sonucunda kalite bakımından üretim ölçeği ile benzeşen numuneler, eşit uç hız yöntemi ile yapılan ölçeklendirme sonucu elde edilmiştir. Eşit uçu hızı yönteminde küçük ölçeklerde beklenenden daha fazla dispersiyon gerçekleşirken, hacim başına eşit güç yönteminde küçük boyutta daha yetersiz bir tanecik boyutu küçülmesi görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The main goal of the thesis project is to build a significant and applicable scale up procedure for high-speed dissolvers based on the pre-mixing process step in paint production operations. The most important side of the scaling of mixing processes is to understand the mechanism of mixing and then to find the optimum scaling parameter that simulates all sizes very well. In the scope of this thesis, scale up mechanisms of the pre-mixing process in the paint production will be mapped by investigating different scales, different types of high-speed impellers, different materials, and different scale up criteria in order to obtain the same expected properties between the scales. In the extent of this thesis project, mixing experiments were made with three different types of impeller at 2 different production sizes. The project was built on three steps. In the first step (Step I), the relationship between dimensionless Power number (𝑁𝑃) and other dimensionless numbers related to mixing process, namely Reynolds number (𝑅𝑒) and Froude number (𝐹𝑟) were found. By working with Newtonian fluids having different viscosities and at different equipment sizes, it was aimed to clarify if the 𝑁𝑃 number is not a function of material and equipment size and only dependent on impeller geometry. In the second step (Step II), benefitting from the outputs of experimentation in the first step, mixing trials were conducted with non-Newtonian fluids including micro- and/or nanoparticles and equation constants (Metzner – Otto constant) between rotational speed and effective shear rate in mixing tank were determined. By working at different production sizes, it was confirmed that Metzner – Otto constant is independent of production scale. Metzner – Otto constants were found to be 20.7, 12.4, and 11.4 for impeller with big teeth (BT), impeller with small teeth (ST) and impeller with wings (W), respectively. In the third step (Step III), results of the first and second steps were used in calculations of different scaling up or down methods to determine mixing parameters of target production size and the best scaling method for industrial paints was determined. Productions were made by equalizing tip speed, shear rate, Reynolds number, and power per volume between real production scale and laboratory scale. In the result of fineness measurements, visual inspections, and color evaluation, laboratory products whose quality is the closest to the quality of production sample, were obtained with the parameters of equal tip speed scaling method. Equal tip speeds give a more intense dispersion in smaller size while power per volume method results to an insufficient particle size reduction performance.
Benzer Tezler
- Yarı hafif betonun inelastik davranışının incelenmesi
The Effect of mix composition on the inelastic behavior of semi lighitweight concrete
MOHAMMAD AL-AWAWDEH
- SCARA robot tabanlı kaotik karıştırıcının tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of SCARA robot based chaotic mixer
DOĞUCAN YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mekatronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇAĞRI KUTLU
- Pompa betonlarında işlenebilirliğin harç fazının reolijisine dayanarak belirlenmesi
Estimation of the pumpability of concretes from the mortar phase rheology
KEMAL TUŞAT YÜCEL
Doktora
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Malzemesi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. SÜHEYL AKMAN
- 5-florourasil yüklü PLGA nanopartiküllerinin toroidal mikroakışkan sistemler ile üretimi ve proses değişkenlerinin deney tasarımı ile optimizasyonu
Production of 5-fluorouracil loaded PLGA nanoparticles with toroidal microfluidic system and optimization of process variables by design of experiments
ŞEYMA NUR TÜRKMEN KOÇ
Doktora
Türkçe
2024
Eczacılık ve FarmakolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEZBAN ULUBAYRAM
- Design for additive manufacturing for small-volume production: A case study
Düşük hacimli üretimde eklemeli imalat için tasarım: Vaka çalışması
AHMET FURKAN KELEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Endüstri Ürünleri Tasarımıİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF KÜÇÜKSAYRAÇ