אספלט קר – הפקת איכות טובה יותר באמצעות סוניקציה

תערובות אספלט קרות תלויות באופן קריטי בבקרת פיזור גודל הטיפות, צמיגות ויציבות, תוך צמצום צריכת האנרגיה הנדרשת לעיבוד. מכשירי הסוניקציה של Hielscher מפרקים טיפות ביעילות, מקצרים את זמן העיבוד ומאפשרים לעמוד במפרטים מחמירים יותר עם פחות חומר פעילי שטח ובטמפרטורות נמוכות יותר. דף זה מפרט את המנגנון, את תהליך ההגדלה בשלוש שלבים ואת הבחירות ההנדסיות הכבדות המאפשרות למכשירים הקוליים של Hielscher לפעול באופן אמין בייצור אספלט בתערובת קרה.

מדוע להשתמש במכשירים קוליים לתערובות אספלט קרות?

המנופים הכלכליים העיקריים הם קיצור זמן השהייה, ביקוש נמוך יותר לחומר מתחלב בגודל טיפות זהה, טווח צר יותר ולכן יציבות אחסון טובה יותר, והאפשרות לפעול בטמפרטורת תהליך נמוכה יותר. בהשוואה למטחנות רוטור-סטטור או קולואידיות, אולטרסאונד מספק אנרגיה באמצעות מיקרו-סילונים של קוויטציה במקום גזירה בין הכלי לסטטור, מה שמביא לפירוק מהיר יותר של הטיפות בעוצמת אנרגיה נתונה.

• ירידה בצמיגות שנמדדה בסביבות 20 עד 30 אחוזים בתרכובת ללא שינוי לאחר טיפול בקול, בשילוב עם מעבר לטיפות תחליב קטנות יותר ומונו-דיספרס.
• חיסכון של 10 עד 30 אחוזים בחומר פעילי שטח עבור יעד d90 נתון וחלון יציבות, מכיוון ששדה הקוויטציה יכול לייצר טיפות עדינות.
• זמן עיבוד קצר יותר וטביעת רגל קטנה יותר של הציוד, שכן סוניקציה יכולה להשיג צמיגות וגודל טיפות בהתאם למפרט באמצעות סוניקציה מובנית.
• טמפרטורות ערבוב נמוכות יותר, המפחיתות את צריכת האנרגיה ואת חשיפת העובדים לאדים, תוך עמידה ביוזמות של האיחוד האירופי וארצות הברית להפחתת פליטת פחמן מחומרי סלילה.

מנגנון: הפחתת גודל טיפות ופיזור באמצעות קוויטציה

בניגוד לגזירה מכנית גרידא, קוויטציה אקוסטית מייצרת תנודות לחץ מקומיות של מאות בר ומיקרו-סילונים במהירות של עשרות עד מאות מטרים בשנייה. בתערובות אספלט קרות, הדבר מייצר שני אפקטים סינרגטיים. ראשית, צמצום מהיר של גודל הטיפות עד לפיזור צר יותר, מה שמפחית את הצמיגות בתכולת מוצקים קבועה. שנית, ערבוב מיקרו-מולקולרי אינטנסיבי בקנה מידה מולקולרי, המאיץ את ספיחת חומרים מתחלב בממשק החדש, ומייצב את התחליב ללא צורך במינון יתר של חומר מתחלב. התוצאה הסופית היא תרכובת שקל יותר לשאוב ולפזר, עם יציבות משופרת לאורך זמן.

הגדלה ליניארית: אנרגיה ספציפית קבועה, משרעת קבועה, לחץ קבוע

הכלל המעשי להגדלת קנה המידה של אולטרסוניקה הוא פשוט. אם שומרים על צריכת האנרגיה הספציפית (קוט"ש לטון), על משרעת הקול על פני הסונוטרוד ועל לחץ הכור קבוע, איכות התחליב תישאר קבועה בכל קנה המידה. זה לא כלל אצבע. כך מתוארים הקשר בין עוצמת הקוויטציה ודינמיקת הבועות לשדה הקולי, והסיבה שבגללה ניתן לתכנן סוניקציה תעשייתית באופן דטרמיניסטי. במילים אחרות, הפרוטוקול שבו אתם משתמשים במכשיר UP400St בעוצמה של 40% ו-0.6 קוט"ש/טון יושב על מערכת 4xUIP6000hdT על ידי אספקת אותה אנרגיה למסה באותה עוצמה באמצעות תא זרימה הפועל באותו לחץ.

הדרך בת שלושת השלבים מהרעיון ועד הייצור

1) בדיקות מעבדה עם UP400St התחל בבדיקת תרכובות ויחסים במכשיר קומפקטי UP400St sonicator (400 W). הפעל במצב אצווה או במצב מחזור עם תא זרימה קטן כדי ללכוד את המשרעת, הטמפרטורה והאנרגיה הספציפית. בתוך יום אחד תוכל בדרך כלל לקבוע את טווח האנרגיה הספציפי שמספק את התפלגות גודל הטיפות והצמיגות הרצויים ללא היפוך פאזות או חימום יתר.

2) אופטימיזציה של תהליכים באמצעות UIP2000hdT
עבור ל-UIP2000hdT (2 קילוואט) כדי לאמת את העיבוד הרציף, למדוד את השפעות הלחץ ולמטב את התפוקה לעומת האיכות. כאן אתם קובעים את מחזור העבודה, בקרת הטמפרטורה המובנית והלחץ (בדרך כלל 2 עד 5 בר כדי להגביר את הקוויטציה). כאן אתם מוכיחים את החיסכון בחומר פעילי שטח, את היעד d90 או span ואת זמן השהייה שניתן להשיג בקצבי זרימה ריאליים, תוך רישום צריכת האנרגיה לצורך איזון OPEX.

3) הגדלת הייצור עם 4xUIP6000hdT
מערכות סוניקטור בקנה מידה מלא משתמשות לעתים קרובות במקבילות כדי להגיע לכמה טונות בשעה. לדוגמה, ארבעה מכשירי UIP6000hdT (6 קילוואט כל אחד) במקביל, בהספק של 0.5 קוט"ש/טון, מעבדים כ-10 עד 12 טון לשעה. מכיוון שהמכשירים נשלטים על ידי משרעת ומצוידים בתאי תגובה זרימה ובקרני הגברה, שדה הקול ניתן לשחזור. משמעות הדבר היא שה-d50, ה-span והצמיגות של Brookfield תואמים לנתוני הפיילוט בתוך פיזור אנליטי.

השוואת אולטרסאונד למטחנות רוטור-סטטור וקולואיד

מטחנות רוטור-סטטור ומטחנות קולואידיות הן עמידות ומוכרות, אך הן מחליפות את עוצמת האנרגיה בזמן שהייה ובממדים גדולים. הן גם קושרות את גודל הטיפות לחלונות תהליך צרים מאוד ועשויות לדרוש טמפרטורות גבוהות כדי למנוע עליות פתאומיות בצמיגות. אולטרסאונד מפריד בין שבירת טיפות לבין גזירה בין חלקים נעים, ובמקום זאת משתמש בקוויטציה, כך שתוכלו להשיג טיפות באותו גודל או בגודל קטן יותר בזמן קצר יותר, עם אנרגיה ספציפית כוללת דומה או נמוכה יותר. גם התחזוקה שונה. אין צורך לשמור על סובלנות נמוכה בין הסטטור לרוטור. בפועל, המפעילים מדווחים על מחזורי ניקוי במקום מהירים יותר ועל מעבר קל יותר בין תרכובות.