Студена асфалтова смес – постигнете по-добро качество чрез ултразвукова обработка

Емулсиите за студени асфалтови смеси зависят в решаваща степен от контрола на разпределението на размерите на капките, вискозитета и стабилността при същевременно свеждане до минимум на вложената енергия, необходима за обработката. Ултразвуковите устройства Hielscher раздробяват капките ефективно, съкращават времето за обработка и ви позволяват да спазвате по-строги спецификации с по-малко повърхностноактивно вещество и при по-ниски температури.
Тази страница описва подробно механизма, тристъпковия подход за увеличаване на мащаба и инженерните решения за тежки условия на работа, които осигуряват надеждната работа на ултразвуковите устройства Hielscher при производството на студени асфалтови смеси.

Защо да използвате ултразвукови устройства за емулсии за студени асфалтови смеси

Основните фактори за икономическа ефективност са съкращаването на времето на престой, по-ниската потребност от емулгатор при същия целеви размер на капките, по-тясното разпределение и съответно по-добрата стабилност при съхранение, както и възможността за работа при по-ниска температура на процеса. В сравнение с роторно-статорните или колоидните мелници ултразвукът предава енергия чрез кавитационни микроструи вместо чрез срязване между инструмента и статора, което води до по-бързо раздробяване на капките при дадена специфична вложена енергия.

• Измерено намаляване на вискозитета с около 20 до 30 процента при непроменена рецептура след ултразвукова обработка, съчетано с преминаване към по-малки, по-монодисперсни капки в емулсията.
• Икономия на повърхностноактивно вещество от 10 до 30 процента при дадена целева стойност на d90 и диапазон на стабилност, тъй като кавитационното поле може да създава фини капки.
• По-кратко време за обработка и по-малка площ, заемана от оборудването, тъй като чрез ултразвукова обработка в потока могат да се постигнат вискозитетът и размерът на капките, изисквани от спецификацията.
• По-ниски температури на смесване, което намалява потреблението на енергия и излагането на работниците на изпарения, като същевременно е в съответствие с инициативите на ЕС и САЩ за декарбонизация на материалите за пътни настилки.

Механизъм: намаляване на размера на капките и диспергиране чрез кавитация

За разлика от чисто механичното срязване акустичната кавитация създава локални колебания на налягането от стотици bar и микроструи със скорости от порядъка на десетки до стотици метри в секунда. В емулсиите за студени асфалтови смеси това поражда два синергични ефекта. Първо, бързо намаляване на размера на капките до по-тясно разпределение, което понижава вискозитета при постоянно съдържание на твърди вещества. Второ, интензивно микросмесване на молекулно ниво, което ускорява адсорбцията на емулгаторите върху новата междуфазна повърхност и стабилизира емулсията без необходимост от предозиране на емулгатора. Крайният резултат е състав, който се изпомпва и полага по-лесно и има подобрена дългосрочна стабилност.

Линейно увеличаване на мащаба: постоянна специфична енергия, постоянна амплитуда, постоянно налягане

Практическото правило за увеличаване на мащаба на ултразвуковата обработка е просто. Ако поддържате постоянни специфичната вложена енергия (kWh на тон), акустичната амплитуда на челната повърхност на сонотрода и налягането в реактора, качеството на емулсията ще остава непроменено при различните мащаби. Това не е евристично правило. Така интензивността на кавитацията и динамиката на мехурчетата се свързват с акустичното поле и затова промишлената ултразвукова обработка може да се проектира детерминистично. С други думи, протоколът, който използвате с ултразвуково устройство UP400St при 40 процента амплитуда и 0,6 kWh/t, ще бъде възпроизведен със система 4xUIP6000hdT чрез подаване на същото количество енергия на единица маса при същата амплитуда през проточна клетка, работеща при същото налягане.

Тристъпковият път от идеята до производството

1) Лабораторни изпитвания с UP400St Започнете с предварително изпитване на рецептури и съотношения с компактно ултразвуково устройство UP400St (400 W). Работете в периодичен режим или в режим с рециркулация с малка проточна клетка, за да регистрирате амплитудата, температурата и специфичната енергия. Обикновено в рамките на един ден определяте границите на диапазона на специфичната енергия, който осигурява желаното разпределение на размерите на капките и вискозитет без инверсия на фазите или прекомерно нагряване.

2) Оптимизиране на процеса с UIP2000hdT
Преминете към UIP2000hdT (2 kW), за да валидирате непрекъснатата обработка, да измерите ефектите на налягането и да оптимизирате съотношението между производителността и качеството. На този етап фиксирате работния цикъл, контрола на температурата в потока и налягането (обикновено 2 до 5 bar за усилване на кавитацията). Именно тук доказвате икономията на повърхностноактивно вещество, целевата стойност на d90 или ширината на разпределението и постижимото време на престой при реалистични дебити, като същевременно регистрирате енергията за баланс на оперативните разходи (OPEX).

3) Увеличаване на мащаба до производство с 4xUIP6000hdT
Ултразвуковите инсталации в пълен производствен мащаб често използват паралелна работа, за да постигнат няколко тона на час. Например четири UIP6000hdT (по 6 kW всеки), работещи паралелно при специфична енергия 0,5 kWh/t, обработват около 10 до 12 t/hr. Тъй като устройствата имат контрол на амплитудата и са оборудвани с реактори с проточни клетки и усилващи вълноводи, акустичното поле е възпроизводимо. Това означава, че вашите d50, ширина на разпределението и вискозитет по Brookfield съответстват на данните от пилотните изпитвания в рамките на аналитичния разброс.

Сравнение на ултразвука с роторно-статорните и колоидните мелници

Роторно-статорните и колоидните мелници са надеждни и добре познати, но при тях има компромис между енергийната интензивност, времето на престой и голямата заемана площ. Те също така обвързват размера на капките с много тесни диапазони на параметрите на процеса и може да изискват повишени температури, за да се избегне рязко покачване на вискозитета. Ултразвукът отделя раздробяването на капките от срязването между движещи се части и вместо това използва кавитация, така че постигате същите или по-добри размери на капките за по-кратко време при сходна или по-ниска обща специфична енергия. Поддръжката също е различна. Няма тесни допуски, които трябва да се спазват между статора и ротора. На практика операторите съобщават за по-бързи цикли на почистване на място и по-лесно преминаване между рецептури.