Kylmäasfaltti – Tuottaa parempaa laatua sonikaation avulla

Kylmäasfalttiemulsiot riippuvat ratkaisevasti pisarakokojakauman, viskositeetin ja stabiilisuuden hallinnasta samalla kun minimoidaan käsittelyyn tarvittava energiapanos. Hielscherin kaikuluotain rikkoo pisarat tehokkaasti, lyhentää käsittelyaikaa ja mahdollistaa tiukempien spesifikaatioiden saavuttamisen vähemmällä pinta-aktiivisella aineella ja alhaisemmissa lämpötiloissa. Tällä sivulla kerrotaan yksityiskohtaisesti mekanismista, kolmivaiheisesta skaalausprosessista ja raskaista teknisistä valinnoista, joiden ansiosta Hielscherin kaikuluotain toimii luotettavasti kylmäasfaltin tuotannossa.

Miksi käyttää kaikuluotainta kylmäasfalttiemulsioiden valmistukseen?

Ensisijaisia taloudellisia keinoja ovat viipymäajan lyhentäminen, pienempi emulgointiaineen tarve samalla tavoitepisarakoolla, kapeampi vaihteluväli ja siten parempi varastointistabiilisuus sekä mahdollisuus käyttää alhaisempaa prosessilämpötilaa. Verrattuna roottori-staattori- tai kolloidimyllyihin ultraääni tuottaa energiaa kavitaatiomikrosuihkujen kautta eikä työkalun ja staattorin välisen leikkauksen kautta, mikä johtaa nopeampaan pisaroiden hajoamiseen tietyllä energiapanoksella.

• Mitattu viskositeetin aleneminen noin 20-30 prosenttia muuttumattomassa koostumuksessa sonikaation jälkeen yhdistettynä siirtymiseen pienempiin, monodispersiivisempiin emulsiopisaroihin.
• Pinta-aktiivisen aineen säästöt ovat 10-30 prosenttia tietyllä d90- ja stabiilisuusikkunalla, koska kavitaatiokenttä voi tuottaa hienoja pisaroita.
• Lyhyempi käsittelyaika ja pienemmät laitteistotilat, koska sonikointi voi saavuttaa spesifikaation mukaisen viskositeetin ja pisarakoon inline-sonikoinnilla.
• Alhaisemmat sekoituslämpötilat, mikä vähentää energiankulutusta ja työntekijöiden altistumista höyryille ja on samalla linjassa EU:n ja Yhdysvaltojen aloitteiden kanssa päällystemateriaalien hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi.

Mekanismi: Kavitaatiosta johtuva pisarakoon pienentäminen ja dispergointi

Toisin kuin puhtaasti mekaaninen leikkaus, akustinen kavitaatio synnyttää paikallisia satojen baarien painevaihteluita ja mikrosuihkuja, joiden nopeudet ovat kymmenistä satoihin metreihin sekunnissa. Kylmäasfalttiemulsioissa tämä tuottaa kaksi synergististä vaikutusta. Ensinnäkin pisarakoko pienenee nopeasti kapeampaan jakaumaan, mikä alentaa viskositeettia kiinteän aineen pitoisuudella. Toiseksi voimakas mikrosekoittuminen molekyylitasolla, mikä nopeuttaa emulgointiaineiden adsorptiota uuteen rajapintaan ja vakauttaa emulsiota ilman, että emulgointiainetta tarvitsee annostella liikaa. Nettotuloksena on koostumus, joka pumppaa ja laskeutuu helpommin ja jonka pitkäaikaisstabiliteetti on parempi.

Lineaarinen skaalautuminen: vakioenergia, vakioamplitudi, vakiopaine.

Käytännön sääntö ultraäänimittaukseen on yksinkertainen. Jos ominaisenergiapanos (kWh/tonni), akustinen amplitudi sonotrodin pinnalla ja reaktoripaine pysyvät vakioina, emulsion laatu pysyy muuttumattomana eri mittakaavoissa. Tämä ei ole heuristiikkaa. Näin kavitaation voimakkuus ja kuplidynamiikka korreloivat akustisen kentän kanssa, ja siksi teollinen sonikointi voidaan suunnitella deterministisesti. Toisin sanoen protokolla, jota käytät UP400St- sonikaattorissa 40 prosentin amplitudilla ja 0,6 kWh/t, voidaan toistaa 4xUIP6000hdT-järjestelmässä antamalla sama energia massaa kohti samalla amplitudilla samalla paineella toimivan virtauskennon kautta.

Kolmivaiheinen tie ideasta tuotantoon

1) Laboratoriotestaus UP400St:llä Aloita seulomalla koostumukset ja suhteet kompaktilla UP400St-kuulutuslaitteella (400 W). Käytä erä- tai kierrätystilassa pienellä virtauskennolla amplitudin, lämpötilan ja ominaisenergian tallentamiseksi. Yhden päivän kuluessa voit tyypillisesti määrittää sellaisen ominaisenergiaikkunan, joka antaa halutun pisarakokojakauman ja viskositeetin ilman faasin inversiota tai liiallista lämpenemistä.

2) Prosessin optimointi UIP2000hdT:n avulla
Siirry UIP2000hdT-laitteeseen (2 kW) jatkuvan käsittelyn validoimiseksi, paineen vaikutusten mittaamiseksi ja läpimenon ja laadun optimoimiseksi. Täällä voit lukita käyttöasteen, inline-lämpötilan säädön ja paineen (tyypillisesti 2-5 bar kavitaation tehostamiseksi). Täällä todistetaan pinta-aktiivisen aineen säästö, d90- tai span-tavoite ja saavutettavissa oleva viipymäaika realistisilla virtausnopeuksilla, ja samalla kirjataan energia OPEX-tasapainoa varten.

3) Tuotantoon kasvattaminen 4xUIP6000hdT:llä
Täysimittaisissa sonikaattorilaitteistoissa käytetään usein rinnakkaistamista, jotta saavutetaan useita tonneja tunnissa. Esimerkiksi neljä UIP6000hdT:tä (kukin 6 kW) rinnakkain 0,5 kWh/t ominaisenergialla käsittelevät noin 10-12 tonnia tunnissa. Koska laitteet ovat amplitudiohjattuja ja varustettu virtaussolureaktoreilla ja booster-sarvilla, akustinen kenttä on toistettavissa. Tämä tarkoittaa, että d50, span ja Brookfieldin viskositeetti vastaavat pilottitietoja analyyttisen hajonnan rajoissa.

Ultraäänen vertailu roottori-staattori- ja kolloidimyllyihin

Roottori- ja staattorimyllyt sekä kolloidimyllyt ovat vankkoja ja tuttuja, mutta ne vaihtavat energiaintensiteetin viipymäaikaan ja suureen tilaan. Ne myös sitovat pisarakoon hyvin kapeisiin prosessi-ikkunoihin ja saattavat vaatia korkeita lämpötiloja viskositeettipiikkien välttämiseksi. Ultraääni irrottaa pisaroiden rikkoutumisen liikkuvien osien välisestä leikkauksesta ja käyttää sen sijaan kavitaatiota, jolloin saavutetaan sama tai parempi pisarakoko lyhyemmässä ajassa samalla tai pienemmällä kokonaisominaisenergialla. Myös huolto on erilaista. Staattorin ja roottorin välillä ei ole tiukkoja toleransseja. Käytännössä käyttäjät raportoivat nopeammista puhdistusjaksoista ja helpommasta vaihtamisesta koostumusten välillä.