Asfaltová směs za studena – Vyšší kvalita při použití sonikace

Emulze asfaltových směsí za studena závisí v rozhodující míře na kontrole distribuce velikosti kapek, viskozity a stability při minimalizaci energetického příkonu potřebného ke zpracování. Sonikátory Hielscher účinně rozbíjejí kapičky, zkracují dobu zpracování a umožňují dosáhnout přísnějších specifikací s menším množstvím povrchově aktivní látky a při nižších teplotách. Tato stránka podrobně popisuje mechanismus, třístupňový postup pro rozšíření a náročné technické volby, díky nimž sonikátory Hielscher spolehlivě fungují při výrobě studených asfaltových směsí.

Proč používat sonikátory pro výrobu asfaltových emulzí za studena?

Hlavními ekonomickými faktory jsou zkrácení doby zdržení, nižší potřeba emulgátoru při stejné cílové velikosti kapek, užší rozpětí, a tedy lepší stabilita při skladování, a možnost pracovat při nižší teplotě procesu. V porovnání s mlýny s rotorem a statorem nebo koloidními mlýny dodává ultrazvuk energii spíše prostřednictvím kavitačních mikrotrysek než smykem mezi nástrojem a statorem, což se projevuje rychlejším rozpadem kapek při daném měrném příkonu energie.

• Naměřené snížení viskozity o 20 až 30 % u nezměněné formulace po sonikaci spolu s posunem k menším, monodisperznějším kapičkám emulze.
• Úspora povrchově aktivních látek o 10 až 30 % pro dané cílové d90 a stabilitní okno, protože kavitační pole může vytvářet jemné kapičky.
• Kratší doba zpracování a menší plocha zařízení, protože sonikací lze dosáhnout specifikované viskozity a velikosti kapek pomocí inline sonikace.
• Nižší teploty míchání, což snižuje spotřebu energie a expozici pracovníků výparům a zároveň je v souladu s iniciativami EU a USA na dekarbonizaci dlažebních materiálů.

Mechanismus: Zmenšování velikosti kapek a dispergace poháněné kavitací

Na rozdíl od čistě mechanického smyku vytváří akustická kavitace lokální výkyvy tlaku o stovkách barů a mikrotrysky o rychlostech v řádu desítek až stovek metrů za sekundu. U studených asfaltových emulzí to vyvolává dva synergické efekty. Za prvé, rychlé zmenšení velikosti kapek až na užší distribuci, což snižuje viskozitu při konstantním obsahu pevných látek. Za druhé, intenzivní mikromíchání na molekulární úrovni, které urychluje adsorpci emulgátorů na novém rozhraní, což stabilizuje emulzi bez nutnosti předávkování emulgátoru. Konečným výsledkem je formulace, která se snadněji čerpá a ukládá a má lepší dlouhodobou stabilitu.

Lineární rozšiřování: Konstantní měrná energie, konstantní amplituda, konstantní tlak.

Praktické pravidlo pro škálování ultrazvuku je jednoduché. Pokud udržujete měrný příkon energie (kWh na tunu), akustickou amplitudu na čelní straně sonotrody a tlak v reaktoru konstantní, kvalita emulze se v různých měřítkách nemění. To není heuristika. Je to způsob, jakým intenzita kavitace a dynamika bublin korelují s akustickým polem, a proč lze průmyslovou sonikaci navrhnout deterministicky. Jinými slovy, protokol, který používáte na sonikátoru UP400St při 40 % amplitudě a 0,6 kWh/t, bude reprodukován na systému 4xUIP6000hdT dodáním stejné energie na hmotnost při stejné amplitudě přes průtokovou celu provozovanou při stejném tlaku.

Třístupňová cesta od nápadu k výrobě

1) Laboratorní testování pomocí UP400St Začněte screeningem receptur a poměrů na kompaktním sonikátoru UP400St (400 W). Pracujte v dávkovém nebo recirkulačním režimu s malou průtokovou komorou pro snímání amplitudy, teploty a specifické energie. Během jednoho dne obvykle dosáhnete specifického energetického okna, které poskytuje požadované rozložení velikosti kapek a viskozitu bez fázové inverze nebo nadměrného zahřívání.

2) Optimalizace procesu pomocí UIP2000hdT
Přechod na UIP2000hdT (2 kW) pro ověření kontinuálního zpracování, měření vlivu tlaku a optimalizaci výkonu v porovnání s kvalitou. Zde si zajistíte pracovní cyklus, inline regulaci teploty a tlak (obvykle 2 až 5 barů pro zintenzivnění kavitace). Zde prokážete úsporu povrchově aktivní látky, cílovou hodnotu d90 nebo rozpětí a dosažitelnou dobu zdržení při realistických průtocích a zároveň zaznamenáte energii pro bilanci OPEX.

3) Rozšíření do výroby s 4xUIP6000hdT
Plnohodnotné sonikátory často využívají paralelizaci, aby dosáhly rychlosti několika tun za hodinu. Například čtyři paralelní sonary UIP6000hdT (každý o výkonu 6 kW) s měrnou energií 0,5 kWh/t zpracovávají přibližně 10 až 12 t/hod. Protože jsou zařízení řízena amplitudou a vybavena průtokovými reaktory a posilovacími rohy, je akustické pole reprodukovatelné. To znamená, že vaše d50, rozpětí a Brookfieldova viskozita odpovídají pilotním údajům v rámci analytického rozptylu.

Srovnání ultrazvuku s mlýny s rotorem a koloidními mlýny

Rotor-stator a koloidní mlýny jsou robustní a známé, ale vyměňují energetickou náročnost za dobu setrvání a velkou plochu. Velikost kapek je také vázána na velmi úzká procesní okna a může vyžadovat zvýšené teploty, aby se zabránilo prudkému zvýšení viskozity. Ultrazvuk odděluje lámání kapek od smyku mezi pohyblivými částmi a místo toho využívá kavitaci, takže dosáhnete stejné nebo lepší velikosti kapek v kratším čase při podobné nebo nižší celkové specifické energii. Údržba je také odlišná. Mezi statorem a rotorem nejsou žádné přísné tolerance. Prakticky provozovatelé uvádějí rychlejší cykly čištění na místě a snadnější přepínání mezi přípravky.