Hideg aszfalt – Jobb minőség előállítása szonikációval

A hidegen kevert aszfaltemulziók kritikusan függenek a cseppméret-eloszlás, a viszkozitás és a stabilitás szabályozásától, miközben minimalizálják a feldolgozáshoz szükséges energiabefektetést. A Hielscher szonikátorok hatékonyan törik meg a cseppeket, lerövidítik a feldolgozási időt, és lehetővé teszik, hogy kevesebb felületaktív anyaggal és alacsonyabb hőmérsékleten szigorúbb specifikációkat érjen el. Ez az oldal részletesen ismerteti a mechanizmust, a háromlépcsős skálázási folyamatot és a nagy teljesítményű műszaki megoldásokat, amelyek a Hielscher szonikátorok megbízható működését teszik lehetővé a hideg aszfaltgyártásban.

Miért használjunk szonikátort a hidegkeverésű aszfaltemulziókhoz?

Az elsődleges gazdasági mozgatórugók a tartózkodási idő tömörítése, alacsonyabb emulgeálószerigény azonos célcseppméret mellett, szűkebb térfogat és ezáltal jobb tárolási stabilitás, valamint az alacsonyabb technológiai hőmérsékleten való üzemelés lehetősége. A rotor-állványos vagy kolloidmalmokhoz képest az ultrahang a szerszám és az állórész közötti nyírás helyett kavitációs mikrosugarakon keresztül juttatja az energiát, ami adott fajlagos energiabefektetés mellett gyorsabb cseppfelbontást eredményez.

• Változatlan formulációnál a szonikálás után 20-30 százalékos viszkozitáscsökkenést mértek, ami kisebb, monodiszperzebb emulziós cseppek felé való elmozdulással párosult.
• Tenzid megtakarítás 10-30 százalékkal egy adott d90 célérték és stabilitási ablak esetén, mivel a kavitációs mező finom cseppeket képes létrehozni.
• Rövidebb feldolgozási idő és kisebb berendezés-alapterület, mivel a szonikációval inline szonikációval elérhető a specifikált viszkozitás és cseppméret.
• Alacsonyabb keverési hőmérséklet, ami csökkenti az energiafelhasználást és a dolgozók füstgázoknak való kitettségét, miközben összhangban van az EU és az USA kezdeményezéseivel a burkolóanyagok szén-dioxid-mentesítésére.

Mechanizmus: Kavitáció által vezérelt cseppméret-csökkentés és diszpergálás

A tisztán mechanikus nyírással ellentétben az akusztikus kavitáció több száz bar helyi nyomásingadozást és több tíz-száz méter/másodperc sebességű mikrosugarakat hoz létre. A hidegen kevert aszfaltemulziókban ez két szinergikus hatást eredményez. Először is, a cseppek méretének gyors csökkenése egy szűkebb eloszlásig, ami állandó szilárdanyag-tartalom mellett csökkenti a viszkozitást. Másodszor, intenzív mikrokeveredés molekuláris szinten, amely felgyorsítja az emulgeálószerek adszorpcióját az új határfelületen, stabilizálva az emulziót anélkül, hogy túladagolnánk az emulgeálószert. A végeredmény egy olyan készítmény, amely könnyebben szivattyúzható és könnyebben rakódik le, jobb hosszú távú stabilitással.

Lineáris méretnövelés: állandó fajlagos energia, állandó amplitúdó, állandó nyomás

Az ultrahangok méretezésének gyakorlati szabálya egyszerű. Ha a fajlagos energiabevitelt (kWh/tonna), a szonotróda felületén mért akusztikus amplitúdót és a reaktornyomást állandó értéken tartjuk, az emulzió minősége a skálák között változatlan marad. Ez nem heurisztika. Így korrelál a kavitáció intenzitása és a buborékdinamika az akusztikus mezővel, és ezért lehet az ipari szonikációt determinisztikusan tervezni. Más szóval, az UP400St szonikátoron 40 százalékos amplitúdóval és 0,6 kWh/t-nál alkalmazott protokollt egy 4xUIP6000hdT rendszeren úgy lehet reprodukálni, hogy ugyanazt az energiát juttatjuk tömegenként ugyanolyan amplitúdóval egy ugyanolyan nyomáson működtetett áramlási cellán keresztül.

Az ötlettől a gyártásig vezető háromlépcsős út

1) Laboratóriumi vizsgálat UP400St-vel Kezdje a készítmények és arányok szűrésével egy kompakt UP400St szonikátoron (400 W). Működjön szakaszos vagy recirkulációs üzemmódban egy kis áramlási cellával az amplitúdó, a hőmérséklet és a fajlagos energia rögzítéséhez. Egy napon belül általában be lehet zárni azt a fajlagos energiaablakot, amely a kívánt cseppméret-eloszlást és viszkozitást biztosítja fázisinverzió vagy túlzott felmelegedés nélkül.

2) Folyamatoptimalizálás az UIP2000hdT-vel
UIP2000hdT-re (2 kW) való áttérés a folyamatos feldolgozás validálásához, a nyomáshatások méréséhez és az áteresztőképesség és a minőség optimalizálásához. Itt rögzíti az üzemi ciklust, az inline hőmérséklet-szabályozást és a nyomást (jellemzően 2-5 bar a kavitáció fokozása érdekében). Itt bizonyítja a felületaktív anyag megtakarítást, a cél d90 vagy span értéket és az elérhető tartózkodási időt reális áramlási sebességek mellett, miközben naplózza az energiát az OPEX mérleghez.

3) Termelésre történő skálázás 4xUIP6000hdT-vel
A teljes körű szonikátor-berendezések gyakran használnak párhuzamosítást, hogy elérjék a több tonnás óránkénti teljesítményt. Például négy UIP6000hdT (egyenként 6 kW) párhuzamosan, 0,5 kWh/t fajlagos energiával körülbelül 10-12 t/óra feldolgozást végez. Mivel a készülékek amplitúdó-szabályozásúak és áramlási cellás reaktorokkal, valamint booster kürtökkel vannak felszerelve, az akusztikus mező reprodukálható. Ez azt jelenti, hogy a d50, a span és a Brookfield-féle viszkozitás analitikai szóráson belül megegyezik a kísérleti adatokkal.

Az ultrahang, a rotor-sztátoros és a kolloidmalom összehasonlítása

A rotor-állványos és a kolloidmalmok robusztusak és ismerősek, de az energiaintenzitást a tartózkodási időre és a nagy alapterületre cserélik. A cseppméretet nagyon szűk folyamatablakokhoz kötik, és a viszkozitási csúcsok elkerülése érdekében magas hőmérsékletet igényelhetnek. Az ultrahang a csepptörést a mozgó alkatrészek közötti nyírástól függetleníti, és helyette kavitációt használ, így rövidebb idő alatt, hasonló vagy alacsonyabb fajlagos összenergia mellett ugyanolyan vagy jobb cseppméretet érhet el. A karbantartás is más. Az állórész és a rotor között nem kell szoros tűréseket tartani. A gyakorlatban a kezelők gyorsabb tisztítási ciklusokról és a készítmények közötti könnyebb váltásról számolnak be.