Toz Hammaddelerin Sıvılar İçerisinde Mükemmel Dispersiyonu - Toztek Mühendislik Ltd.

Toz hammaddeler, katıldıkları proseslerin çoğunluğunda, başka bir sıvı hammadde içerisine ilave edilmek suretiyle kullanılırlar. Toz hammaddenin bir sıvı içerisine ilave edilmesinin çeşitli endüstriyel yöntemleri ve ilavesi neticesinde çeşitli birleşim tarzları bulunmaktadır. Bunlar;

A.    İlave Yöntemleri olarak;
1)    Toz hammaddeyi sıvı yüzeyine döktükten sonra;
a.    Birleşimlerini beklemek
b.    Klasik pervaneli karıştırıcılar ile karıştırmak
c.    Makaslama etkili (Shear effected) karıştırıcılar (Dissolver) ile karıştırmak
2)    Toz hammaddeyi dispersiyon makineleri ile sıvıyla birleştirmek.
 
B.    Toz Hammaddelerin Sıvılarla birleşim tarzları olarak;
1)    Çözünme;
a.    Fiziksel çözünme: Erimek suretiyle çözünmek (Physical Dissolving)
b.    Kimyasal çözünme: Kimyasal olarak çözünmek (Chemical Dissolving)
2)    Dispersiyon; Çözünmeyen toz taneciklerinin, sıvı içerisinde yayılmasını sağlamak.
 
Bazı prosesler, toz şekerin sıcak suya katılması gibi kolay olabilmektedir. Bu proseste, toz şeker miktarı, sıcak su miktarı ve suyun sıcaklığı, birleşimin tarzını belirlemektedir. Fakat endüstrideki çoğu proseste, maalesef bileşen miktarlarıyla ve proses sıcaklıklarıyla oynamak mümkün olamamaktadır. Örnekle izah etmek gerekirse; çok soğuk bir su içerisine yine toz şeker ilave edilmek istendiğinde, toz şeker ancak çok düşük bir konsantrasyona kadar kendiliğinden çözünecektir. Suyun sıcaklığının arttırılması, çözünen toz şeker miktarını ve konsantrasyonunu da arttıracağı aşikârdır. Fakat toz şeker yerine sıcağa karşı duyarlı olan (sıcaklık arttıkça kimyasal niteliği bozulan) başka bir toz malzeme kullanıldığını düşünelim. Bu durumda konsantrasyonu arttırmak için sıcaklığı arttırmak mümkün olamayacaktır. Peki, ya toz malzemeyi istediğimiz konsantrasyonu elde edecekmişçesine soğuk suyun içine atsak ne olur? Toz malzemenin karakteristiğine de bağlı olarak, bu durumda topak oluşma ihtimali çok kuvvetlidir. Toz tanecikleri arasına girecek su molekülleri tanecikler arası çekim kuvvetini arttıracak ve böylece topak oluşacaktır. Peki, bu topağı oluşturmadan istediğimiz konsantrasyonlara ulaşılması mümkün değil midir? Elbette mümkündür. Bunun için günümüzde gelişmiş dispersiyon makineleri bulunmaktadır.
Toz ve sıvı hammaddelerin birleştirilmesinde yaşanan bir başka sıkıntı da katıştırıldıkları sıvı ortamda hiç çözünmeyen toz malzemelerdir. Bu tür birleşimlerde, endüstride beklenen, toz malzemenin, sıvının her yerinde ve eşit konsantrasyonda askıda durabilmesini sağlamaktır. Bu tür duruma güzel bir örnek; su içerisine katılmaya çalışılan aktif karbondur. Aktif karbon, su içerisinde asla çözünmez. Aktif karbon, sudaki istenmeyen tat ve kokuları bünyesinde hapsedebilme yeteneğine sahip olması nedeniyle, arıtma uygulamalarında sıkça kullanılan bir filtrasyon aşaması elemanıdır. Bu nedenle, aktif karbonun, suyun her zerresi ile temasa geçmesi istenir. Büyük ölçekli artıma uygulamalarında, arıtılması istenen su akar halindeyken, içerisine aktif karbon verilir. Bu aktif karbon, suyla birlikte belli bir süre seyir ettikten sonra filtre edilir. Bir aktif karbon taneciği yaklaşık 3mm ebadındadır. 3mm ebadındaki aktif karbonun, bir küre misali şekli olduğunu düşünürsek, suyla temas eden yüzey alanı yaklaşık ve teorik olarak 28mm2’dir denilebilir. Aktif karbonun yığın yoğunluğu ortalama 0,35g/cm3, tanecik yoğunluğu ise 1,9g/cm3 mertebelerindedir. Yoğunluklar arasındaki bu yüksek fark, aktif karbon taneciklerinin içine çok kıvrık yüzeylere sahip olmasından kaynaklanmaktadır. 1g ( yaklaşık 1 çay kaşığını dolduracak kadar) aktif karbonun ihtiva ettiği tüm taneciklerin yüzeyi açılıp genişletilebilseydi, 1km2 yüzey alanı elde edilebilirdi. Bu inanılmaz bir mertebedir. Yine 1g aktif karbon yığınında, 3mm çaplı yaklaşık 200 adet aktif karbon taneciği bulunur. Bu da, 5600mm2 pratik temas yüzeyine sahip aktif karbon tanecikleri topluluğu demektir. Eğer, aktif karbonları doğrudan suya dökmek yerine sahip oldukları esas 1km2’lik teorik yüzey alanını tam olarak kullanmanın bir yolu olsaydı, suyumuzu temizlemek için kullanılan ve petrol ürünü olan aktif karbonu teorik olarak %99,5 daha tasarruflu kullanmak mümkün olabilecekti. Peki bu mümkün olabilir mi? Teorik bir değer olan %99,5 kadar olmasa da mümkündür denilebilir. Aktif karbon taneciklerinin pratik küre formundan daha fazla yüzeye sahip olduğu ve bir aktif karbon taneciğini sahip olduğu esas iç kıvrımlı yüzeyini de pratikte %100 kullanmanın mümkün olmadığı düşünülürse, %99,5’lik oranın düşüşü kaçınılmazdır. Yinede, ciddi mertebelerde sayılabilecek bu tasarruf nasıl mümkün olabilmektedir? Normal bir türbülanslı akışta, bir su zerreciğiyle bir aktif karbon taneciği birbirleriyle saniyede 2.000 (ikibin) kez temas edebilirler. Oysaki günümüzdeki dispersiyon makineleri ile aynı buluşma; saniyede 50.000 (ellibin) kez şeklinde gerçekleşir. Bunun sırrı; sadece gelişmiş dispersiyon makinelerinde bulunan dispersiyon odacığındaki sürekli vakumun, aktif karbon taneciği içerisindeki havayı tahliye ettikten sonra, taneciği doğrudan suyla buluşturmasındandır. Bu durumda su, aktif karbon taneciği içerisindeki vakumlu bölgeye nüfuz ederek aktif karbon taneciğini şişirir ve patlatır. Patlayan aktif karbon taneciğinden saçılan yeni ve daha küçük taneciklere tekrar su nüfuz eder ve bu küçük tanecikleri de şişirerek patlatır. Sonunda, aktif karbon taneciğinin ilk formundaki içe kıvrımlı tüm yüzeyleri proses amaçları doğrultusunda kullanılabilir hale gelmiş olur.

Bu tür gelişmiş dispersiyon makinelerinde sıvı ve toz ayrı kanallardan dispersiyon odacığına girerler. Dispersiyon odacığındaki rotor – stator sistemi sıvı geçişi esnasında yüksek bir vakum oluşturur ve bu odacığa bağlı toz giriş kanalına vakum uygulayarak tozun dispersiyon odacığına girişini sağlar. Odacık içerisindeyken, toz, sıvı içerisinde dispers olur ve odacık çıkışında bir ürün halinde dispersiyon makinesini terk eder. Sıvıyla tozun birleşimi sürekli mikron boyutlarda gerçekleştiği için yukarıdaki örnekte belirtildiği gibi herhangi bir topak oluşumuna da mahal verilmemiş olur.

Günümüzde, bu şekildeki gelişmiş dispersiyon makineleri sayesinde, endüstriyel tesislerde, çok daha kısa proses sürelerinde, istenilen karışım kalitesine ulaşılabildiği için daha kaliteli ürünü üretmek mümkün olabilmektedir. Ayrıca kısa proses süreleri, endüstriyel tesislerde yatırımın geri dönüş ve fizibilite hesaplarında çarpıcı sonuçlar ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Çünkü, gelişmiş dispersiyon makinelerine yapılan yatırım, mevcut üretim tanklarının çok daha efektif kullanılmasına ve bu sayede aynı tesiste daha yüksek kapasitelere ulaşılabilmesine imkan vermektedir.

Bu nedenle, artık modern tesis yatırımlarında, klasik pervaneli karıştırıcılar yerine gelişmiş dispersiyon makineleri tercih edilmekte, böylece tesisin kapasitesi ve ürün kalitesi artmakta ve ürün maliyetleri düşmektedir.