High Shear Mixer_Ep.1

High Shear Mixer_Ep.1
หากเราจะตั้งคำถามว่า ทำไม High Shear Mixer ถึงเป็นเครื่องผสมที่ยากที่จะออกแบบและผลิตขึ้นมาใช้งาน, ความสัมพันธ์ของสมการจากการทดลองสามารถนำมาใช้งานอะไรได้บ้าง อาจจะต้องเริ่มต้นย้อนกลับไปไกลหน่อยที่ กฏของนิวตันสักเล็กน้อยที่กล่าวว่า ผลรวมของแรงใดๆ ส่งผลให้ ระบบซึ่งมีภาวะการต้านทานการเคลื่อนที่ (มวล)มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วเมื่อเทียบกับเวลา หรือ กล่าวว่า ผลรวมของแรง ส่งผลให้ระบบไม่สามารถรักษาภาวะการเคลื่อนภายใต้กรอบอ้างอิงไว้ได้ โดยมี แรง เป็น เหตุ

เมื่อเราพิจารณาแรงที่กระทำต่อพื้นที่ในลักษณะของการไหล คือ เราจะเรียกลักษณะดังกล่าวว่า การเฉือน (Shear) ซึ่งจะเป็นแรงที่เอาชนะแรงดึงดูดระหว่างมวลของของเหลว และ เราจะมีคำนิยามใหม่เกิดขึ้น คือ ค่าความเค้นเฉือน (Shear Stress) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ของแรงที่กระทำต่อพื้นที่รับแรง ดังนั้นจะมีหน่วยเป็น N/M^2 (โดย 1N = 1kg x 1m/s^2) ซึ่งจริงๆแล้วมวลนั่นเป็นนามธรรมที่แสดงการต้านการเคลื่อนที่นะครับ เพียงแต่เราให้หน่วนเป็น kg , และ จะมีคำนิยามอีกตัวที่สำคัญคือ อัตราเฉือน (Shear Rate) ซึ่งคือ การแสดงความเกี่ยวข้องกันของปริมาณของความเร็วและระยะทางแผ่นชั้นของของเหลว (อัตรา คือ การแสดงความเกี่ยวข้องกันของปริมาณสองปริมาณ ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีหน่วยเดียวกันก็ได้นะครับ) ซึ่งจะได้หน่วยเป็น 1/sec ((m/sec) / (m)) และ เมื่อทั่ง Shear Stress และ Shear Rate เกี่ยวข้องกับความเร็ว ก็จะส่งผลให้ Shear Stress แปลผันตาม Shear Rate และ ได้ค่าสัมประสิทธิ์ออกมาเป็นค่าคงที่ค่านึง ซึ่งเราอาจจะนิยามง่ายๆว่าคือ ความหนืดก็ได้ไม่ผิดครับ หรือ จะเรียกเป็นสัมประสิทธิ์ของความหนืดเฉือนก็ได้ ดังนั่นหน่วยของความหนืด (Viscosity) จะมีหน่วยเป็น N.Sec/M^2 และ โดยมากจะลดรูปโดยใช้หน่วย Pascal(Pa) แทนหน่วยของ N/M^2 ดังนั้นหน่วยสากลของความหนืด คือ Pa.s นั่นเองครับ (น้ำมีความหนืด = 1mPa.s = 1000000Pa.s)

เมื่อพิจารณาในลักษณะของอนุพันธ์ (Derivative) จากนิยามข้างต้นในส่วนของ Shear Rate คือ du/dr (u = ความเร็ว, r = ความหนาของแผ่นชั้นของเหลว) จะพบว่าหาก du มีค่ามากจะทำให้เกิด Shear Rate สูง เมื่อมี Shear Rate สูงก็จะทำให้สามารถเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างมวลของของเหลวได้ ทำให้ของอนุภาคของของเหลวมีขนาดเล็กลงและไปแทรกกับอนุภาคของของเหลวอื่นได้ หรือ หากมีการเติมของเหลวบางชนิดเข้าไปเพื่อให้มันแทรกอยู่ตรงกลางระหว่างของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถจะผสมกันได้ก็จะสามารถทำให้เกิดการแทรกสอดเกิดขึ้นและของเหลวจะไม่สามารถกลับไปรวมกันได้อีก, ดังนั่นการออกแบบเครื่องผสมที่ให้ Shear Rate ที่สูงนั่นจะมีประโยชน์ในลักษณะดังกล่าวนั่นเองครับ, มองลึกลงไปอีกสักเล็กน้อยคือ การออกแบบ High Shear Mixer จะมีลักษณะของการทำให้ของไหลไหลผ่านด้วยความเร็วสูงออกผ่านช่อง,รู ที่ไม่เคลื่อนที่ กล่าวคือ การที่ของเหลวมีความเร็วสูงมาปะทะส่วนของรูที่ไม่เคลื่อนที่ทำให้ du มีค่ามากขึ้น (ความเร็วตอนปะทะเท่ากับศูนย์) ส่งผลให้ Shear Rate นั่นสูงขึ้นนั่นเองครับ แต่ยังมีอีกหลายปัจจัยที่ทำให้ High Shear Mixer สามารถทำให้ของเหลวได้รับ Shear Rate ที่สูงไม่ใช่เพียงแค่ du สูงเท่านั้น เอาไว้ค่อยมาเล่าสู่กันฟังในครั้งถัดๆไปครับ

สถาพร เลี้ยงศิริกูล
บจก.มิสซิเบิล เทคโนโลยี