Hladne asfaltne mješavine – postignite bolju kvalitetu sonikacijom

Emulzije za hladne asfaltne mješavine presudno ovise o kontroli raspodjele veličine kapljica, viskoznosti i stabilnosti uz istodobno smanjenje unosa energije potrebnog za obradu na najmanju moguću mjeru. Sonikatori Hielscher učinkovito usitnjavaju kapljice, skraćuju vrijeme obrade i omogućuju vam zadovoljavanje strožih specifikacija uz manje površinski aktivnih tvari i pri nižim temperaturama.
Ova stranica detaljno opisuje mehanizam, put povećanja mjerila u tri koraka i konstrukcijska rješenja za zahtjevne uvjete koja osiguravaju pouzdan rad sonikatora Hielscher u proizvodnji hladnih asfaltnih mješavina.

Zašto upotrebljavati sonikatore za emulzije za hladne asfaltne mješavine

Glavni čimbenici ekonomičnosti jesu skraćenje vremena zadržavanja, manja potreba za emulgatorom pri istoj ciljnoj veličini kapljica, uži raspon raspodjele i stoga bolja stabilnost pri skladištenju te mogućnost rada pri nižoj procesnoj temperaturi. U usporedbi s rotor-statorskim ili koloidnim mlinovima, ultrazvuk prenosi energiju putem kavitacijskih mikromlazova umjesto smicanjem između alata i statora, što omogućuje brže usitnjavanje kapljica pri zadanom specifičnom unosu energije.

• Izmjerena smanjenja viskoznosti od približno 20 do 30 posto pri nepromijenjenoj formulaciji nakon sonikacije, uz pomak prema manjim, monodisperznijim kapljicama emulzije.
• Uštede površinski aktivnih tvari od 10 do 30 posto za zadani ciljni d90 i raspon stabilnosti jer kavitacijsko polje može stvarati sitne kapljice.
• Kraće vrijeme obrade i manja površina koju zauzima oprema jer se sonikacijom u protočnom sustavu mogu postići viskoznost i veličina kapljica propisane specifikacijom.
• Niže temperature miješanja, čime se smanjuju potrošnja energije i izloženost radnika parama, u skladu s inicijativama EU-a i SAD-a za dekarbonizaciju materijala za kolničke konstrukcije.

Mehanizam: smanjenje veličine kapljica i dispergiranje djelovanjem kavitacije

Za razliku od isključivo mehaničkog smicanja, akustička kavitacija stvara lokalne promjene tlaka od više stotina bar i mikromlazove s brzinama reda veličine od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara u sekundi. U emulzijama za hladne asfaltne mješavine to proizvodi dva sinergijska učinka. Prvi je brzo smanjenje veličine kapljica uz sužavanje njihove raspodjele, čime se smanjuje viskoznost pri stalnom udjelu čvrste tvari. Drugi je intenzivno mikromiješanje na molekularnoj razini koje ubrzava adsorpciju emulgatora na novoj međufaznoj površini, stabilizirajući emulziju bez potrebe za prekomjernim doziranjem emulgatora. Konačni je rezultat formulacija koja se lakše pumpa i ugrađuje, uz poboljšanu dugoročnu stabilnost.

Linearno povećanje mjerila: stalna specifična energija, stalna amplituda, stalan tlak

Praktično pravilo za povećanje mjerila ultrazvučnog procesa jednostavno je. Ako održavate stalnima specifični unos energije (kWh po toni), akustičku amplitudu na čelu sonotrode i tlak u reaktoru, kvaliteta emulzije ostat će nepromijenjena u svim mjerilima. To nije heurističko pravilo. Ono proizlazi iz povezanosti intenziteta kavitacije i dinamike mjehurića s akustičkim poljem te objašnjava zašto se industrijska sonikacija može projektirati deterministički. Drugim riječima, protokol koji primjenjujete na sonikatoru UP400St pri amplitudi od 40 posto i 0,6 kWh/t reproducirat će se na sustavu 4xUIP6000hdT dovođenjem iste energije po jedinici mase pri istoj amplitudi kroz protočnu ćeliju koja radi pri istom tlaku.

Put od ideje do proizvodnje u tri koraka

1) Laboratorijsko ispitivanje s UP400St Započnite preliminarnim ispitivanjem formulacija i omjera na kompaktnom sonikatoru UP400St (400 W). Radite u šaržnom ili recirkulacijskom načinu s malom protočnom ćelijom kako biste zabilježili amplitudu, temperaturu i specifičnu energiju. Unutar jednog dana obično možete odrediti granice raspona specifične energije koji daje željenu raspodjelu veličine kapljica i viskoznost bez inverzije faza ili prekomjernog zagrijavanja.

2) Optimizacija procesa s UIP2000hdT
Prijeđite na UIP2000hdT (2 kW) kako biste potvrdili kontinuiranu obradu, izmjerili učinke tlaka i optimizirali odnos kapaciteta obrade i kvalitete. U ovoj fazi utvrđujete radni ciklus, regulaciju temperature u protočnom sustavu i tlak (obično 2 do 5 bar radi pojačavanja kavitacije). Ovdje dokazujete uštedu površinski aktivnih tvari, ciljni d90 ili raspon raspodjele te ostvarivo vrijeme zadržavanja pri realnim protocima, uz bilježenje energije za bilancu operativnih troškova (OPEX).

3) Povećanje mjerila do proizvodnje s 4xUIP6000hdT
Sonikatorski sustavi u punom proizvodnom mjerilu često upotrebljavaju paralelno povezivanje kako bi postigli kapacitet od nekoliko tona na sat. Primjerice, četiri paralelno povezana uređaja UIP6000hdT (svaki snage 6 kW) pri specifičnoj energiji od 0,5 kWh/t obrađuju približno 10 do 12 t/hr. Budući da uređaji imaju regulaciju amplitude te su opremljeni reaktorima s protočnim ćelijama i pojačivačima amplitude, akustičko je polje ponovljivo. To znači da se vaš d50, raspon raspodjele i viskoznost prema Brookfieldu podudaraju s podacima iz pilot-ispitivanja unutar rasipanja analitičkih rezultata.

Usporedba ultrazvuka s rotor-statorskim i koloidnim mlinovima

Rotor-statorski i koloidni mlinovi robusni su i dobro poznati, ali podrazumijevaju kompromis između intenziteta potrošnje energije, vremena zadržavanja i velike površine koju zauzimaju. Također vežu veličinu kapljica uz vrlo uske raspone procesnih uvjeta i mogu zahtijevati povišene temperature kako bi se izbjegli nagli porasti viskoznosti. Ultrazvuk odvaja usitnjavanje kapljica od smicanja između pokretnih dijelova i umjesto toga upotrebljava kavitaciju, pa postižete jednake ili bolje veličine kapljica u kraćem vremenu pri sličnoj ili nižoj ukupnoj specifičnoj energiji. Razlikuje se i održavanje. Nema uskih tolerancija koje treba održavati između statora i rotora. U praksi rukovatelji izvješćuju o bržim ciklusima čišćenja na mjestu i lakšem prijelazu s jedne formulacije na drugu.