Студена асфалтова смес – По-добро качество с помощта на соникация

Студените асфалтови емулсии зависят от контрола на разпределението на размера на капките, вискозитета и стабилността, като същевременно се свежда до минимум вложената енергия, необходима за обработката. Соникаторите на Hielscher разбиват капките ефективно, съкращават времето за обработка и ви позволяват да постигнете по-строги спецификации с по-малко повърхностноактивни вещества и при по-ниски температури. На тази страница подробно е описан механизмът, тристепенният път за увеличаване на мащаба и тежките инженерни решения, благодарение на които сонаторите на Hielscher работят надеждно в производството на студени асфалтови смеси.

Защо да се използват сонатори за студени асфалтови емулсии

Основните икономически лостове са намаляване на времето на престой, по-ниска нужда от емулгатор при същия размер на целевите капки, по-тесен обхват и следователно по-добра стабилност при съхранение, както и възможност за работа при по-ниска температура на процеса. В сравнение с роторно-статорните или колоидните мелници, ултразвукът доставя енергия чрез кавитационни микроструйки, а не чрез срязване между инструмента и статора, което се изразява в по-бързо разбиване на капките при даден специфичен разход на енергия.

• Измереното намаление на вискозитета е около 20 до 30 % при непроменена формула след сониране, съчетано с преминаване към по-малки, по-монодисперсни капки емулсия.
• Икономия на повърхностноактивни вещества от 10 до 30 процента за даден целеви d90 и стабилизационен прозорец, тъй като кавитационното поле може да генерира фини капки.
• По-кратко време за обработка и по-малки размери на оборудването, тъй като чрез соникация може да се постигне специфициран вискозитет и размер на капките чрез инлайн соникация.
• 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 декарбонизиране на материалите за настилки.

Механизъм: Задвижвано от кавитация намаляване на размера на капките и диспергиране

За разлика от чисто механичното срязване, акустичната кавитация генерира локални колебания на налягането от стотици барове и микроструйки със скорости от порядъка на десетки до стотици метри в секунда. В студените асфалтови емулсии това води до 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 молекулярно ниво, което ускорява адсорбцията на емулгаторите на новата граница, стабилизирайки емулсията без необходимост от предозиране на емулгатора. Крайният резултат е формулация, която се изпомпва и утаява по-лесно, с подобрена дългосрочна стабилност.

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

Практическото правило за измерване на мащаба на ултразвука е просто. Ако се запазят постоянни специфичната вложена енергия (kWh на тон), акустичната амплитуда на лицето на сонотрода и налягането в реактора, качеството на емулсията ще бъде неизменно в различните мащаби. Това не е евристика. То е начинът, по който интензивността на кавитацията и динамиката на мехурчетата корелират с акустичното поле, и защо индустриалната соникация може да бъде проектирана детерминистично. С други думи, протоколът, който използвате на сонатор UP400St при 40 % амплитуда и 0,6 kWh/t, ще бъде възпроизведен на система 4xUIP6000hdT чрез доставяне на същата енергия за маса при същата амплитуда през поточна клетка, работеща при същото налягане.

Пътят от идеята до производството в три стъпки

1) Лабораторно изпитване с UP400St Започнете с проверка на формулите и съотношенията на компактен сонатор UP400St (400 W). Работете в партиден или рециркулационен режим с малка поточна клетка за улавяне на амплитудата, температурата и специфичната енергия. В рамките на един ден обикновено определяте прозореца на специфичната енергия, който дава желаното разпределение на размера на капките и вискозитета без фазова инверсия или прекомерно загряване.

2) Оптимизиране на процеса с UIP2000hdT
Преминаване към UIP2000hdT (2 kW) за валидиране на непрекъснатата обработка, измерване на ефектите от налягането и оптимизиране на производителността спрямо качеството. Тук можете да фиксирате работния цикъл, контрола на температурата в инсталацията и налягането (обикновено от 2 до 5 бара за засилване на кавитацията). Това е мястото, където доказвате спестяването на повърхностноактивно вещество, целевото d90 или диапазон и постижимото време на престой при реалистични дебити, като същевременно регистрирате енергията за баланс на OPEX.

3) Разширяване до производство с 4xUIP6000hdT
В пълномащабните сонатори често се използва паралелизация, за да се достигне до няколко тона на час. Например четири паралелни сонатора UIP6000hdT (всеки с мощност 6 kW) със специфична енергия 0,5 kWh/t обработват около 10-12 т/час. Тъй като устройствата се управляват по амплитуда и са оборудвани с реактори с поточни клетки и усилващи рогове, акустичното поле е възпроизводимо. Това означава, че вашите d50, обхват и вискозитет на Брукфийлд съвпадат с пилотните данни в рамките на аналитичното разсейване.

Сравнение на ултразвук с роторно-статорни и колоидни мелници

Роторно-статорните и колоидните мелници са здрави и познати, но те заменят енергийната интензивност с времето на престой и големи размери. Освен това те обвързват размера на капките с много тесни технологични прозорци и може да изискват повишени температури, за да се избегнат скокове на вискозитета. Ултразвукът отделя разкъсването на капките от срязването между движещите се части и вместо това използва кавитация, така че се постигат същите или по-добри размери на капките за по-кратко време при сходна или по-ниска обща специфична енергия. Поддръжката също е различна. Няма строги допуски, които да се спазват между статора и ротора. На практика операторите съобщават за по-бързи цикли на почистване на място и по-лесно превключване между формули.