Asfaltová zmes za studena – dosiahnite vyššiu kvalitu pomocou sonikácie

Pri emulziách pre asfaltové zmesi za studena je zásadné riadiť distribúciu veľkosti kvapôčok, viskozitu a stabilitu a zároveň minimalizovať energetický vstup potrebný na spracovanie. Sonikátory Hielscher účinne rozbíjajú kvapôčky, skracujú čas spracovania a umožňujú vám splniť prísnejšie špecifikácie s menším množstvom povrchovo aktívnej látky a pri nižších teplotách.
Táto stránka podrobne opisuje mechanizmus, trojkrokový postup zväčšovania výrobného meradla a konštrukčné riešenia pre náročnú prevádzku, vďaka ktorým sonikátory Hielscher spoľahlivo fungujú pri výrobe asfaltových zmesí za studena.

Prečo používať sonikátory na emulzie pre asfaltové zmesi za studena

Hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi hospodárnosť sú skrátenie doby zdržania, nižšia spotreba emulgátora pri rovnakej cieľovej veľkosti kvapôčok, užšie rozpätie distribúcie veľkosti kvapôčok, a tým lepšia stabilita pri skladovaní, ako aj možnosť prevádzky pri nižšej procesnej teplote. V porovnaní s rotorovo-statorovými alebo koloidnými mlynmi ultrazvuk prenáša energiu prostredníctvom kavitačných mikroprúdov namiesto šmyku medzi nástrojom a statorom, čo pri danom mernom energetickom vstupe vedie k rýchlejšiemu rozbíjaniu kvapôčok.

• Namerané zníženie viskozity približne o 20 až 30 percent po sonikácii pri nezmenenom zložení spolu s posunom k menším, monodisperznejším kvapôčkam emulzie.
• Úspora povrchovo aktívnej látky o 10 až 30 percent pri danej cieľovej hodnote d90 a rozsahu stability, pretože kavitačné pole dokáže vytvárať jemné kvapôčky.
• Kratší čas spracovania a menšie priestorové nároky zariadení, pretože prietoková sonikácia dokáže dosiahnuť viskozitu a veľkosť kvapôčok podľa špecifikácie.
• Nižšie teploty miešania, ktoré znižujú spotrebu energie a vystavenie pracovníkov výparom a zároveň sú v súlade s iniciatívami EÚ a USA zameranými na dekarbonizáciu materiálov na výstavbu vozoviek.

Mechanizmus: zmenšovanie veľkosti kvapôčok a dispergovanie pôsobením kavitácie

Na rozdiel od čisto mechanického šmyku vytvára akustická kavitácia lokálne tlakové výkyvy v stovkách bar a mikroprúdy s rýchlosťami rádovo v desiatkach až stovkách metrov za sekundu. V emulziách pre asfaltové zmesi za studena to vyvoláva dva synergické účinky. Po prvé, rýchle zmenšovanie kvapôčok vedúce k užšej distribúcii ich veľkosti, čím sa znižuje viskozita pri konštantnom obsahu tuhých látok. Po druhé, intenzívne mikromiešanie na molekulárnej úrovni, ktoré urýchľuje adsorpciu emulgátorov na novom fázovom rozhraní a stabilizuje emulziu bez potreby nadmerného dávkovania emulgátora. Výsledkom je zmes, ktorá sa ľahšie čerpá a kladie a má lepšiu dlhodobú stabilitu.

Lineárne zväčšovanie výrobného meradla: konštantná merná energia, konštantná amplitúda, konštantný tlak

Praktické pravidlo na zväčšovanie meradla ultrazvukového spracovania je jednoduché. Ak zachováte konštantný merný energetický vstup (kWh na tonu), akustickú amplitúdu na čelnej ploche sonotródy a tlak v reaktore, kvalita emulzie zostane rovnaká vo všetkých meradlách. Nejde o heuristické pravidlo. Takto súvisia intenzita kavitácie a dynamika bublín s akustickým poľom a práve preto možno priemyselnú sonikáciu navrhovať deterministicky. Inými slovami, protokol, ktorý používate na sonikátore UP400St pri 40 percentách amplitúdy a 0,6 kWh/t, sa reprodukuje na systéme 4xUIP6000hdT dodaním rovnakej energie na jednotku hmotnosti pri rovnakej amplitúde cez prietokovú komoru prevádzkovanú pri rovnakom tlaku.

Trojkrokový postup od nápadu k výrobe

1) Laboratórne skúšky s UP400St Začnite predbežným testovaním zložení a pomerov na kompaktnom sonikátore UP400St (400 W). Pracujte vo vsádzkovom alebo recirkulačnom režime s malou prietokovou komorou a zaznamenávajte amplitúdu, teplotu a mernú energiu. Zvyčajne v priebehu jedného dňa vymedzíte rozsah mernej energie, ktorý poskytuje požadovanú distribúciu veľkosti kvapôčok a viskozitu bez inverzie fáz alebo nadmerného zahrievania.

2) Optimalizácia procesu s UIP2000hdT
Prejdite na UIP2000hdT (2 kW), aby ste overili kontinuálne spracovanie, zmerali účinky tlaku a optimalizovali pomer medzi spracovateľskou kapacitou a kvalitou. V tejto fáze stanovíte pracovný cyklus, reguláciu teploty priamo v prietoku a tlak (zvyčajne 2 až 5 bar na zintenzívnenie kavitácie). Tu preukážete úsporu povrchovo aktívnej látky, dosiahnutie cieľovej hodnoty d90 alebo rozpätia distribúcie veľkosti kvapôčok a dosiahnuteľnú dobu zdržania pri reálnych prietokoch, pričom budete zaznamenávať spotrebu energie na bilanciu prevádzkových nákladov (OPEX).

3) Prechod na výrobné meradlo so systémom 4xUIP6000hdT
Sonikačné zostavy v plnom výrobnom meradle často využívajú paralelné zapojenie na dosiahnutie kapacity niekoľkých ton za hodinu. Napríklad štyri zariadenia UIP6000hdT (každé s výkonom 6 kW) zapojené paralelne pri mernej energii 0,5 kWh/t spracujú približne 10 až 12 t/hr. Keďže zariadenia majú riadenú amplitúdu a sú vybavené prietokovými reaktormi a zosilňovačmi amplitúdy, akustické pole je reprodukovateľné. To znamená, že vaše hodnoty d50, rozpätia distribúcie veľkosti kvapôčok a viskozity meranej viskozimetrom Brookfield sa zhodujú s údajmi z poloprevádzky v rámci analytického rozptylu.

Porovnanie ultrazvuku s rotorovo-statorovými a koloidnými mlynmi

Rotorovo-statorové a koloidné mlyny sú robustné a dobre známe, ale vyžadujú kompromis medzi energetickou náročnosťou, dobou zdržania a veľkými priestorovými nárokmi. Veľkosť kvapôčok pri nich navyše závisí od veľmi úzkeho rozsahu procesných podmienok a môžu vyžadovať zvýšené teploty, aby sa zabránilo prudkému nárastu viskozity. Ultrazvuk oddeľuje rozbíjanie kvapôčok od šmyku medzi pohyblivými časťami a namiesto neho využíva kavitáciu, takže dosiahnete rovnaké alebo lepšie veľkosti kvapôčok za kratší čas pri podobnej alebo nižšej celkovej mernej energii. Odlišná je aj údržba. Medzi statorom a rotorom netreba dodržiavať úzke tolerancie. V praxi obsluha uvádza rýchlejšie cykly čistenia na mieste a jednoduchší prechod medzi zloženiami.