Hladno mešanje asfalta – Izboljšanje kakovosti z uporabo sonikacije

Pri hladno mešanih asfaltnih emulzijah je ključnega pomena nadzor porazdelitve velikosti kapljic, viskoznosti in stabilnosti ob čim manjšem vložku energije, ki je potreben za obdelavo. Hielscherjevi sonikatorji učinkovito razbijejo kapljice, skrajšajo čas obdelave in omogočajo doseganje strožjih specifikacij z manj površinsko aktivne snovi in pri nižjih temperaturah. Na tej strani so podrobno opisani mehanizem, tristopenjska pot za povečanje obsega in težke inženirske odločitve, zaradi katerih Hielscherjevi sonikatorji zanesljivo delujejo v proizvodnji hladnih asfaltnih mešanic.

Zakaj uporabljati sonikatorje za hladne asfaltne emulzije

Glavni ekonomski vzvodi so skrajšanje časa zadrževanja, manjša potreba po emulgatorju pri enaki ciljni velikosti kapljic, ožji razpon in s tem boljša stabilnost pri shranjevanju ter možnost delovanja pri nižji temperaturi postopka. V primerjavi z rotor-statorskimi ali koloidnimi mlini ultrazvok zagotavlja energijo s kavitacijskimi mikrodelci in ne s striženjem med orodjem in statorjem, kar pomeni hitrejše drobljenje kapljic pri danem specifičnem vložku energije.

• Izmerjeno zmanjšanje viskoznosti za približno 20 do 30 odstotkov pri nespremenjeni formulaciji po sonikaciji, skupaj s prehodom na manjše, bolj monodisperzne kapljice emulzije.
• Prihranek površinsko aktivnih snovi od 10 do 30 odstotkov za določeno ciljno vrednost d90 in stabilnost, saj lahko kavitacijsko polje ustvari drobne kapljice.
• Krajši čas obdelave in manjši prostor za opremo, saj lahko s sonikacijo z inline sonikacijo dosežemo specifično viskoznost in velikost kapljic.
• Nižje temperature mešanja, kar zmanjšuje porabo energije in izpostavljenost delavcev hlapom ter je v skladu s pobudami EU in ZDA za razogljičenje materialov za tlakovanje.

Mehanizem: Zmanjšanje velikosti kapljic in disperzija zaradi kavitacije

Za razliko od povsem mehanskega striženja akustična kavitacija ustvarja lokalne nihanje tlaka za več sto barov in mikrodelce s hitrostmi od nekaj deset do nekaj sto metrov na sekundo. V hladnih asfaltnih emulzijah to povzroča dva sinergijska učinka. Prvič, hitro zmanjšanje velikosti kapljic do ožje porazdelitve, kar zmanjša viskoznost pri konstantni vsebnosti trdnih snovi. Drugič, intenzivno mikromešanje na molekularni ravni, ki pospeši adsorpcijo emulgatorjev na novem vmesniku, kar stabilizira emulzijo, ne da bi bilo treba predozirati emulgator. Končni rezultat je formulacija, ki se lažje črpa in odlaga ter ima izboljšano dolgoročno stabilnost.

Linearno povečevanje obsega: konstantna specifična energija, konstantna amplituda, konstanten tlak

Praktično pravilo za merjenje ultrazvoka je preprosto. Če so specifični vložek energije (kWh na tono), akustična amplituda na sonotrodi in tlak v reaktorju konstantni, bo kakovost emulzije nespremenljiva na različnih ravneh. To ni hevristika. Intenzivnost kavitacije in dinamika mehurčkov sta v korelaciji z akustičnim poljem, zato je mogoče industrijsko sonikacijo načrtovati deterministično. Z drugimi besedami, protokol, ki ga uporabljate na sonikatorju UP400St pri 40-odstotni amplitudi in 0,6 kWh/t, se bo ponovil na sistemu 4xUIP6000hdT z dovajanjem enake energije na maso pri enaki amplitudi skozi pretočno celico, ki deluje pri enakem tlaku.

Pot od ideje do proizvodnje v treh korakih

1) Laboratorijsko testiranje z UP400St Začnite s preverjanjem formulacij in razmerij na kompaktnem sonikatorju UP400St (400 W). Delujte v serijskem ali recirkulacijskem načinu z majhno pretočno celico za zajemanje amplitude, temperature in specifične energije. V enem dnevu običajno določite okno specifične energije, ki zagotavlja želeno porazdelitev velikosti kapljic in viskoznost brez fazne inverzije ali pretiranega segrevanja.

2) Optimizacija procesa z UIP2000hdT
Prehod na napravo UIP2000hdT (2 kW) za potrditev neprekinjene obdelave, merjenje učinkov tlaka in optimizacijo zmogljivosti glede na kakovost. Pri tem je treba določiti delovni cikel, nadzor temperature v liniji in tlak (običajno 2 do 5 barov, da se okrepi kavitacija). Tu dokažete prihranek površinsko aktivne snovi, ciljno vrednost d90 ali razpon in dosegljiv čas zadrževanja pri realnih pretokih, hkrati pa beležite energijo za bilanco OPEX.

3) Povečanje obsega proizvodnje s 4xUIP6000hdT
Pri popolnih sonikatorjih se pogosto uporablja vzporejanje, da se doseže več ton na uro. Na primer, štirje UIP6000hdT (vsak po 6 kW) vzporedno pri specifični energiji 0,5 kWh/t obdelajo približno 10 do 12 ton na uro. Ker so naprave amplitudno krmiljene in opremljene z reaktorji pretočnih celic in ojačevalnimi rogovi, je akustično polje ponovljivo. To pomeni, da se vaši d50, razpon in Brookfieldova viskoznost ujemajo s pilotnimi podatki v okviru analitičnega razkoraka.

Primerjava ultrazvoka z rotorskimi in koloidnimi mlini

Rotorski in koloidni mlini so robustni in znani, vendar zamenjujejo energijsko intenzivnost za čas zadrževanja in velike površine. Poleg tega je velikost kapljic vezana na zelo ozka procesna okna in lahko zahteva povišane temperature, da se preprečijo skoki viskoznosti. Ultrazvok ločuje lomljenje kapljic zaradi striženja med gibljivimi deli in namesto tega uporablja kavitacijo, tako da v krajšem času dosežete enako ali boljšo velikost kapljic pri podobni ali manjši skupni specifični energiji. Tudi vzdrževanje je drugačno. Med statorjem in rotorjem ni treba upoštevati strogih toleranc. V praksi upravljavci poročajo o hitrejših ciklih čiščenja na mestu in lažjem preklapljanju med formulacijami.