Külmasfaltsegu – parem kvaliteet ultraheli töötlusega
Külmasfaltsegu emulsioonid sõltuvad kriitiliselt tilgasuuruse jaotuse, viskoossuse ja stabiilsuse kontrollist, minimeerides samal ajal töötlemiseks vajaliku energiakulu. Hielscheri sonikaatorid lõhuvad tilgad tõhusalt, lühendavad töötlemisaega ning võimaldavad saavutada rangemaid spetsifikatsioone väiksema pindaktiivse aine kogusega ja madalamatel temperatuuridel.
See leht kirjeldab mehhanismi, kolmeastmelist mastaapimise teekonda ja vastupidavaid inseneriotsuseid, tänu millele Hielscheri sonikaatorid töötavad külmasfaltsegu tootmises töökindlalt.
Miks kasutada sonikaatoreid külmasfaltsegu emulsioonide jaoks
Peamised majanduslikud hoovad on viibeaja lühendamine, väiksem emulgaatorivajadus sama sihttilgasuuruse juures, kitsam jaotuse laius ja seega parem säilitusstabiilsus ning võimalus töötada madalamal protsessitemperatuuril. Võrreldes rotor-stator- või kolloidveskitega annab ultraheli energia edasi kavitatsiooni mikrojugade kaudu, mitte nihkega tööriista ja statori vahel, mis tähendab kiiremat tilkade purunemist antud erienergia sisendi juures.
- Mõõdetud viskoossuse vähenemine umbes 20 kuni 30 protsenti muutumatu koostise juures pärast ultraheli töötlust, koos nihkega väiksemate ja monodispersemate emulsioonitilkade suunas.
- Pindaktiivse aine kokkuhoid 10 kuni 30 protsenti antud sihtväärtuse d90 ja stabiilsusvahemiku korral, kuna kavitatsiooniväli suudab tekitada peeneid tilku.
- Lühem töötlemisaeg ja väiksem seadmete aluspind, kuna ultraheli töötlus suudab spetsifikatsioonile vastava viskoossuse ja tilgasuuruse saavutada voolusisese ultraheli töötlusega.
- Madalamad segamistemperatuurid, mis vähendavad energiatarbimist ja töötajate kokkupuudet aurudega, olles samas kooskõlas ELi ja USA algatustega teedeehitusmaterjalide dekarboniseerimiseks.
Mehhanism: kavitatsioonil põhinev tilgasuuruse vähendamine ja dispergeerimine
Erinevalt puhtalt mehaanilisest nihkest tekitab akustiline kavitatsioon lokaalseid rõhukõikumisi sadade baaride ulatuses ning mikrojuge kiirustega kümnetest sadade meetriteni sekundis. Külmasfaltsegu emulsioonides annab see kaks sünergilist efekti. Esiteks kiire tilgasuuruse vähenemine kitsama jaotuseni, mis alandab viskoossust konstantse tahkisesisalduse juures. Teiseks intensiivne mikrosegunemine molekulaarsel skaalal, mis kiirendab emulgaatorite adsorptsiooni uuel piirpinnal ja stabiliseerib emulsiooni ilma vajaduseta emulgaatorit üledoseerida. Lõpptulemuseks on koostis, mida on lihtsam pumbata ja laotada ning mis on pikaajaliselt stabiilsem.
Lineaarne mastaapimine: konstantne erienergia, konstantne amplituud, konstantne rõhk
Praktiline reegel ultraheli mastaapimiseks on lihtne. Kui hoida erienergia sisend (kWh tonni kohta), akustiline amplituud sonotroodi otsapinnal ja reaktori rõhk konstantsena, jääb emulsiooni kvaliteet mastaapide vahel muutumatuks. See ei ole heuristika. Nii korreleeruvad kavitatsiooni intensiivsus ja mulli dünaamika akustilise väljaga ning seetõttu saab tööstuslikku ultraheli töötlust projekteerida deterministlikult. Teisisõnu, protokoll, mida kasutate sonikaatoril UP400St 40 protsendise amplituudi ja 0,6 kWh/t juures, reprodutseeritakse süsteemil 4xUIP6000hdT, andes sama energia massiühiku kohta samal amplituudil läbivoolukambri kaudu, mida käitatakse samal rõhul.
Kolmeastmeline tee ideest tootmiseni
1) Laborikatsetused seadmega UP400St Alustage koostiste ja suhete sõeluuringuga kompaktsel sonikaatoril UP400St (400 W). Töötage perioodilises või retsirkuleerivas režiimis väikese läbivoolukambriga, et jäädvustada amplituud, temperatuur ja erienergia. Ühe päeva jooksul määratlete tavaliselt erienergia vahemiku, mis annab soovitud tilgasuuruse jaotuse ja viskoossuse ilma faasiinversiooni või liigse kuumenemiseta.
2) Protsessi optimeerimine seadmega UIP2000hdT
Liikuge edasi seadmele UIP2000hdT (2 kW), et valideerida pidevat töötlust, mõõta rõhu mõju ning optimeerida läbilaset versus kvaliteeti. Siin fikseerite töötsükli, voolusisese temperatuuri reguleerimise ja rõhu (tavaliselt 2 kuni 5 bar kavitatsiooni intensiivistamiseks). Siin tõestate pindaktiivse aine kokkuhoiu, sihtväärtuse d90 või jaotuse laiuse ning saavutatava viibeaja realistlike vooluhulkade juures, logides samal ajal energiat OPEX-i bilansi jaoks.
3) Mastaapimine tootmiseni süsteemiga 4xUIP6000hdT
Täismastaabilised sonikaatorite seadistused kasutavad sageli paralleelset töötamist, et saavutada mitu tonni tunnis. Näiteks neli UIP6000hdT (igaüks 6 kW) paralleelselt 0,5 kWh/t erienergia juures töötlevad umbes 10 kuni 12 t/hr. Kuna seadmed on amplituudi reguleeritavad ning varustatud läbivoolukambri reaktorite ja võimendussonotroodidega, on akustiline väli reprodutseeritav. See tähendab, et teie d50, jaotuse laius ja Brookfieldi viskoossus vastavad pilootandmetele analüütilise hajuvuse piires.
Ultraheli võrdlus rotor-stator- ja kolloidveskitega
Rotor-stator- ja kolloidveskid on töökindlad ja tuttavad, kuid nad teevad kompromissi energiamahukuse, viibeaja ja suure aluspinna vahel. Samuti seovad need tilgasuuruse väga kitsaste protsessiakendega ning võivad vajada kõrgendatud temperatuure viskoossuse hüpete vältimiseks. Ultraheli eraldab tilkade purunemise liikuvate osade vahelisest nihkest ja kasutab selle asemel kavitatsiooni, mistõttu saavutate samad või paremad tilgasuurused lühema ajaga sarnase või madalama kogu erienergia juures. Ka hooldus on teistsugune. Statori ja rootori vahel ei tule hoida kitsaid tolerantse. Praktikas teatavad operaatorid kiirematest kohapealse puhastuse (CIP) tsüklitest ja lihtsamast üleminekust koostiste vahel.
Suure jõudlusega ultrasonikaator UIP2000hdT (2 kW, 20 kHz)
Vastupidav insener-lahendus asfaldivabrikutele
Külmasfaltsegu tootmine ei toimu puhasruumi keskkonnas. Hielscheri sonikaatoreid saab hooldada kohapeal ja need on kavandatud 24/7 tööks suure amplituudiga. Saadaval on eriteostused tolmustesse ja nõudlikesse keskkondadesse. Läbivoolukambri reaktorid on rõhukindlad, termoreguleerimiseks mähisega ning saadaval MultiPhaseCavitator-sisenditega teise faasi kontrollitud sissepritseks. Üksikasjad selle kohta, kuidas MultiPhaseCavitator parandab faaside kontakti paremate emulsioonide saamiseks, leiate MultiPhaseCavitatori lehelt.
Hielscher pakub enamat kui pelgalt sonikeerimisseadmeid
Palun saatke meile oma praegune emulsiooni spetsifikatsioon ja läbilaskevõime sihtväärtus. Koos teiega saame kavandada laborist pilootkatseni programmi ning dimensioneerida teile tootmismastaabis sonikaatori seadistuse. Palun täitke kontaktvorm külmasfaltsegu emulsiooni ultraheli töötluse hindamiseks. Soovi korral saatke meile väike tünn oma emulsiooni või koostisosadega ning me loome kõrvutiandmed teie praeguse rotor-stator- või kolloidveski protsessiga.
Täiendav lugemine / külmasfaltsegu kirjandus
- Herez, M. H.; Al Nageim, H.; Richardson, J.; Wright, S. Development of a Premium Cold Mix Asphalt. Kufa Journal of Engineering 2023, 14(3), 30-47.
- Colleoni, E.; Viciconte, G.; Canciani, C.; Saxena, S.; Guida, P.; Roberts, W. L. Sonoprocessing of Oil: Asphaltene Declustering Behind Fine Ultrasonic Emulsions. Ultrasonics Sonochemistry 2023, 98, 106476.
- ASTM D2397/D2397M-20. Standard Specification for Cationic Emulsified Asphalt; ASTM International: West Conshohocken, PA, 2020.
- European Asphalt Pavement Association (EAPA). Asphalt – A Key Construction Product for the European Circular Economy; Position Paper, 2022; 8 pp.
Külmasfaltsegu – KKK
Mis on külmasfaltsegu?
Külmasfaltsegu on asfaldisegu, mis valmistatakse ilma täitematerjale või sideainet kuuma asfaltsegu temperatuurideni kuumutamata. See tugineb tavaliselt bituumenemulsioonidele viskoossuse alandamiseks, võimaldades segamist, pumpamist ja paigaldamist ümbritsevale temperatuurile lähedasel temperatuuril. Kui vesi aurustub ja emulsioon laguneb, saab sideaine viskoossuse tagasi ja segu omandab tugevuse. Külmasegusid kasutatakse laialdaselt hoolduses ja lappimisel ning üha enam ka aluse- ja sidekihtides, kui keskkonnaalased või logistilised piirangud eelistavad madalatemperatuurilist töötlemist.
Mis vahe on kuuma ja külma asfaltsegu vahel?
Kuum asfaltsegu (HMA) valmistatakse temperatuuril 140 kuni 180°C, et tagada madal viskoossus ja täitematerjalide täielik kattumine. See annab kõrge algtugevuse ja on konstruktsioonikihtide vaikelahendus. Külmasfaltsegu asendab termilise viskoossuse vähendamise emulgeerimisega, mistõttu seda saab toota ja paigaldada palju madalamatel temperatuuridel. See klass vähendab energiatarbimist ja heitmeid, kuid vajab tavaliselt pikemat kõvenemisaega, kuna emulsioon laguneb ja vesi lahkub süsteemist. Mehaanilist jõudlust saab kavandada HMA-le lähenema, kui kasutatakse optimeeritud emulsioone, polümeere ja kõvenemisprotokolle.
Millised on külmasfaltsegu eelised?
Peamised eelised on väiksem energiakasutus ja CO2 heitmed, lihtsam logistika (puudub vajadus hoida kõrgeid temperatuure transpordi ja paigaldamise ajal) ning parem ohutus vähenenud aurude tõttu. Külmasegud on eriti atraktiivsed suure RAP-sisalduse korral ning kaugete või väikesemahuliste tööde puhul. Ultraheliga töödeldud emulsioonidega lisandub võime täita rangeid reoloogilisi ja stabiilsuse sihtväärtusi, hoides samal ajal pindaktiivse aine kasutuse ja segamistemperatuuri madalal.
Kui kaua külmasfaltsegu kõvenemine aega võtab?
Kõvenemine ehk kuivamine sõltub vee aurustumisest, emulsiooni keemiast, ümbritsevast temperatuurist, õhuniiskusest ja kihi paksusest. Põhjakatte praktikas on lappimissegude puhul sageli eesmärgiks liikluse avamine tundide kuni ühe päeva jooksul, samas kui konstruktsioonikihid võivad vajada mitu päeva projekteeritud moodulini jõudmiseks. Ultraheli ei muuda põhilist kõvenemismehhanismi, kuid kitsamate tilgajaotuste ja optimeeritud reoloogia tagamisega võib see anda etteaimatavama laguneminse ja kõvenemise käitumise.
Milline on kõige tugevam asfaltsegu?
Konstruktsiooni seisukohast saavutab sageli suurima vastupidavuse tihe fraktsioneeritud kuum asfaltsegu polümeermodifikatsiooni ja madala õhuurgete sisaldusega. Külmasegude puhul on tugevus emulsiooni tüübi, jääksideaine omaduste, tihendamise ja kõvenemise funktsioon. Polümeermodifitseeritud külmasegud ja hästi kavandatud katioonsed emulsioonid, mis taastavad sideaine viskoossuse pärast lagunemist täielikult, võivad teatud kihtide puhul läheneda HMA konkreetsetele jõudluskriteeriumidele või neile vastata, eriti kui ultraheli tagab modifikaatorite homogeense dispersiooni.
Millised on emulsioonide 4 tüüpi?
Asfaldipraktikas on tegemist peamiselt õli-vees-emulsioonidega, kuid emulsiooniteaduses saab eristada õli-vees-, vesi-õlis-, mitmikemulsioone nagu vesi-õlis-vees ning mikroemulsioone. Külmasfaltsegu kasutab pumbatavuse ja käsitsemise huvides peaaegu alati õli-vees-süsteeme. Sonikaatorid on tõhusad kõigi tüüpide puhul, kuid koostise vahemik, pindaktiivsete ainete süsteem ja töötlemisenergia erinevad.