Aukstais asfalts – augstāka kvalitāte, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Aukstā asfalta emulsiju kvalitāte ir būtiski atkarīga no pilienu izmēru sadalījuma, viskozitātes un stabilitātes kontroles, vienlaikus līdz minimumam samazinot apstrādei nepieciešamo enerģijas patēriņu. Hielscher ultraskaņas ierīces efektīvi sašķeļ pilienus, saīsina apstrādes laiku un ļauj izpildīt stingrākas specifikācijas, izmantojot mazāk virsmaktīvās vielas un zemāku temperatūru.
Šajā lapā detalizēti aprakstīts darbības mehānisms, trīs posmu pāreja uz lielāku ražošanas mērogu un izturīgie tehniskie risinājumi, kas nodrošina Hielscher ultraskaņas ierīču uzticamu darbību aukstā asfalta ražošanā.

Kāpēc aukstā asfalta emulsijām izmantot ultraskaņas ierīces

Galvenie ekonomiskā ieguvuma faktori ir uzturēšanās laika saīsināšana, mazāks nepieciešamais emulgatora daudzums pie tā paša mērķa pilienu izmēra, šaurāks izmēru sadalījums un līdz ar to labāka stabilitāte uzglabāšanas laikā, kā arī iespēja strādāt zemākā procesa temperatūrā. Salīdzinājumā ar rotora–statora vai koloīddzirnavām ultraskaņa ievada enerģiju ar kavitācijas mikrostrūklām, nevis ar bīdi starp darbinstrumentu un statoru, tādējādi nodrošinot ātrāku pilienu sašķelšanu pie noteiktas īpatnējās ievadītās enerģijas.

• Pēc apstrādes ar ultraskaņu izmērītais viskozitātes samazinājums ir aptuveni 20–30 procenti, nemainot sastāvu, un vienlaikus emulsijas pilieni kļūst mazāki un monodispersāki.
• Virsmaktīvās vielas ietaupījums ir 10–30 procenti pie noteiktas mērķa d90 vērtības un stabilitātes diapazona, jo kavitācijas lauks spēj radīt smalkus pilienus.
• Īsāks apstrādes laiks un mazāka iekārtu aizņemtā platība, jo, veicot apstrādi ar ultraskaņu plūsmā, iespējams sasniegt specifikācijā noteikto viskozitāti un pilienu izmēru.
• Zemāka maisīšanas temperatūra, kas samazina enerģijas patēriņu un tvaiku iedarbību uz darbiniekiem, vienlaikus atbilstot ES un ASV iniciatīvām ceļu segumu materiālu dekarbonizācijai.

Mehānisms: kavitācijas izraisīta pilienu izmēra samazināšana un disperģēšana

Atšķirībā no tīri mehāniskas bīdes akustiskā kavitācija rada lokālas spiediena svārstības simtiem bar apmērā un mikrostrūklas ar ātrumu no desmitiem līdz simtiem metru sekundē. Aukstā asfalta emulsijās tas rada divus sinerģiskus efektus. Pirmkārt, strauju pilienu izmēra samazināšanos un šaurāku izmēru sadalījumu, pazeminot viskozitāti pie nemainīga cietvielu satura. Otrkārt, intensīvu mikrosajaukšanu molekulārā līmenī, kas paātrina emulgatoru adsorbciju uz jaunās fāžu saskares virsmas, stabilizējot emulsiju bez nepieciešamības pievienot pārmērīgu emulgatora daudzumu. Rezultātā iegūst maisījumu, ko ir vieglāk sūknēt un ieklāt un kam ir labāka ilgtermiņa stabilitāte.

Lineāra mēroga palielināšana: nemainīga īpatnējā enerģija, nemainīga amplitūda, nemainīgs spiediens

Praktiskais noteikums ultraskaņas procesa mēroga palielināšanai ir vienkāršs. Ja saglabā nemainīgu īpatnējo ievadīto enerģiju (kWh uz tonnu), akustisko amplitūdu pie sonotrodes gala virsmas un spiedienu reaktorā, emulsijas kvalitāte nemainīsies, mainot mērogu. Tā nav heiristika. To nosaka kavitācijas intensitātes un burbuļu dinamikas saistība ar akustisko lauku, un tādēļ rūpniecisko apstrādi ar ultraskaņu var projektēt deterministiski. Citiem vārdiem sakot, protokols, ko izmantojat ar UP400St ultraskaņas ierīci pie 40 procentu amplitūdas un 0,6 kWh/t, tiks atkārtots 4xUIP6000hdT sistēmā, ievadot tādu pašu enerģiju uz masas vienību pie tādas pašas amplitūdas caur plūsmas šūnu, kas darbojas pie tāda paša spiediena.

Trīs posmu ceļš no idejas līdz ražošanai

1) Laboratorijas izmēģinājumi ar UP400St Sāciet ar sastāvu un proporciju sākotnējo izvērtēšanu, izmantojot kompaktu UP400St ultraskaņas ierīci (400 W). Strādājiet porciju vai recirkulācijas režīmā ar nelielu plūsmas šūnu, reģistrējot amplitūdu, temperatūru un īpatnējo enerģiju. Parasti vienas dienas laikā varat noteikt īpatnējās enerģijas diapazona robežas, kurā iegūst vēlamo pilienu izmēru sadalījumu un viskozitāti bez fāžu inversijas vai pārmērīgas uzkaršanas.

2) Procesa optimizācija ar UIP2000hdT
Pārejiet uz UIP2000hdT (2 kW), lai pārbaudītu nepārtrauktu apstrādi, izmērītu spiediena ietekmi un optimizētu ražīguma un kvalitātes attiecību. Šajā posmā nosakāt darba ciklu, temperatūras kontroli plūsmā un spiedienu (parasti 2–5 bar kavitācijas pastiprināšanai). Šeit pārbaudāt virsmaktīvās vielas ietaupījumu, mērķa d90 vērtību vai sadalījuma platumu un sasniedzamo uzturēšanās laiku pie reāliem plūsmas ātrumiem, vienlaikus reģistrējot enerģijas patēriņu ekspluatācijas izmaksu (OPEX) bilancei.

3) Mēroga palielināšana līdz ražošanai ar 4xUIP6000hdT
Pilna mēroga ultraskaņas ierīču sistēmās bieži izmanto paralēlu darbību, lai sasniegtu vairāku tonnu ražīgumu stundā. Piemēram, četras paralēli darbojošās UIP6000hdT ierīces (katra 6 kW) pie 0,5 kWh/t īpatnējās enerģijas apstrādā aptuveni 10–12 t/hr. Tā kā ierīcēm tiek regulēta amplitūda un tās ir aprīkotas ar plūsmas šūnu reaktoriem un amplitūdas pastiprinātājiem, akustiskais lauks ir reproducējams. Tas nozīmē, ka jūsu d50 vērtība, sadalījuma platums un Brukfīlda viskozitāte atbilst pilotizmēģinājumu datiem analītisko mērījumu izkliedes robežās.

Ultraskaņas salīdzinājums ar rotora–statora un koloīddzirnavām

Rotora–statora un koloīddzirnavas ir izturīgas un labi pazīstamas, taču tajās enerģijas intensitātes samazinājums tiek panākts uz uzturēšanās laika un lielas aizņemtās platības rēķina. Turklāt tajās pilienu izmērs ir saistīts ar ļoti šauriem procesa parametru diapazoniem, un var būt nepieciešama paaugstināta temperatūra, lai izvairītos no strauja viskozitātes pieauguma. Ultraskaņa atsaista pilienu sašķelšanu no bīdes starp kustīgām detaļām un tās vietā izmanto kavitāciju, tādēļ tādu pašu vai labāku pilienu izmēru varat sasniegt īsākā laikā pie līdzīgas vai mazākas kopējās īpatnējās enerģijas. Atšķiras arī apkope. Starp statoru un rotoru nav jāuztur stingras pielaides. Praksē operatori ziņo par ātrākiem tīrīšanas cikliem bez iekārtas izjaukšanas un vieglāku pāreju no viena sastāva uz citu.