แอสฟัลต์ผสมเย็น – ผลิตให้มีคุณภาพดีขึ้นด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิก

อิมัลชันแอสฟัลต์ผสมเย็นต้องอาศัยการควบคุมการกระจายขนาดหยด ความหนืด และความเสถียรอย่างเข้มงวด พร้อมกับลดพลังงานที่ต้องป้อนเข้าสู่กระบวนการให้เหลือน้อยที่สุด เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทำให้หยดแตกตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดเวลาในการแปรรูป และช่วยให้คุณบรรลุข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นโดยใช้สารลดแรงตึงผิวน้อยลงและทำงานที่อุณหภูมิต่ำลง
หน้านี้อธิบายกลไก แนวทางการขยายขนาดสามขั้นตอน และทางเลือกด้านวิศวกรรมสำหรับงานหนักที่ทำให้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในการผลิตแอสฟัลต์ผสมเย็น

เหตุใดจึงควรใช้เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับอิมัลชันแอสฟัลต์ผสมเย็น

ปัจจัยหลักที่ช่วยเพิ่มความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ได้แก่ การลดเวลาพำนัก การลดความต้องการสารทำอิมัลชันที่ขนาดหยดเป้าหมายเท่าเดิม ช่วงการกระจายขนาดหยดที่แคบลงซึ่งทำให้มีความเสถียรระหว่างการเก็บรักษาดีขึ้น และความเป็นไปได้ในการทำงานที่อุณหภูมิกระบวนการต่ำลง เมื่อเทียบกับเครื่องโรเตอร์–สเตเตอร์หรือเครื่องบดคอลลอยด์ คลื่นอัลตราโซนิกส่งพลังงานผ่านลำพุ่งขนาดจุลภาคจากคาวิเทชัน แทนการใช้แรงเฉือนระหว่างหัวทำงานกับสเตเตอร์ จึงทำให้หยดแตกตัวได้เร็วขึ้นเมื่อใช้พลังงานจำเพาะที่ป้อนเข้าสู่กระบวนการเท่ากัน

• หลังการใช้คลื่นอัลตราโซนิก วัดพบว่าความหนืดลดลงประมาณ 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์โดยไม่เปลี่ยนสูตร พร้อมกับที่หยดอิมัลชันมีขนาดเล็กลงและมีขนาดสม่ำเสมอมากขึ้น
• ประหยัดสารลดแรงตึงผิวได้ 10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์สำหรับค่า d90 เป้าหมายและช่วงความเสถียรที่กำหนด เนื่องจากสนามคาวิเทชันสามารถสร้างหยดขนาดละเอียดได้
• เวลาในการแปรรูปสั้นลงและอุปกรณ์ใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยลง เนื่องจากการใช้คลื่นอัลตราโซนิกในสายการผลิตสามารถทำให้ได้ความหนืดและขนาดหยดตามข้อกำหนด
• อุณหภูมิการผสมต่ำลง ซึ่งลดการใช้พลังงานและการสัมผัสไอระเหยของผู้ปฏิบัติงาน พร้อมทั้งสอดคล้องกับโครงการริเริ่มของสหภาพยุโรปและสหรัฐอเมริกาในการลดการปล่อยคาร์บอนจากวัสดุปูผิวทาง

กลไก: การลดขนาดหยดและการกระจายตัวด้วยคาวิเทชัน

ต่างจากแรงเฉือนเชิงกลเพียงอย่างเดียว คาวิเทชันจากคลื่นเสียงทำให้เกิดการแกว่งของความดันเฉพาะจุดในระดับหลายร้อยบาร์ และลำพุ่งขนาดจุลภาคที่มีความเร็วในระดับหลายสิบถึงหลายร้อยเมตรต่อวินาที ในอิมัลชันแอสฟัลต์ผสมเย็น สิ่งนี้ก่อให้เกิดผลสองประการที่เสริมกัน ประการแรก คือการลดขนาดหยดอย่างรวดเร็วให้มีการกระจายขนาดที่แคบลง ซึ่งลดความหนืดโดยที่ปริมาณของแข็งคงเดิม ประการที่สอง คือการผสมระดับจุลภาคอย่างเข้มข้นในระดับโมเลกุล ซึ่งเร่งการดูดซับสารทำอิมัลชันบนผิวรอยต่อใหม่ ทำให้อิมัลชันเสถียรโดยไม่ต้องเติมสารทำอิมัลชันมากเกินไป ผลลัพธ์โดยรวมคือสูตรที่สูบและปูได้ง่ายขึ้น พร้อมความเสถียรระยะยาวที่ดีขึ้น

การขยายขนาดแบบเชิงเส้น: พลังงานจำเพาะคงที่ แอมพลิจูดคงที่ ความดันคงที่

หลักปฏิบัติในการขยายขนาดกระบวนการอัลตราโซนิกนั้นเรียบง่าย หากคุณรักษาพลังงานจำเพาะที่ป้อนเข้าสู่กระบวนการ (kWh ต่อตัน) แอมพลิจูดของคลื่นเสียงที่หน้าปลายโซโนโทรด และความดันในเครื่องปฏิกรณ์ให้คงที่ คุณภาพของอิมัลชันจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อขยายขนาด นี่ไม่ใช่หลักการเชิงประสบการณ์ แต่เป็นผลจากความสัมพันธ์ของความเข้มคาวิเทชันและพลศาสตร์ของฟองกับสนามเสียง และเป็นเหตุผลที่สามารถออกแบบกระบวนการอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมให้ได้ผลลัพธ์ที่กำหนดแน่นอนได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง วิธีการที่คุณใช้กับเครื่องอัลตราโซนิก UP400St ที่แอมพลิจูด 40 เปอร์เซ็นต์และ 0.6 kWh/t จะให้ผลซ้ำได้บนระบบ 4xUIP6000hdT โดยส่งพลังงานต่อมวลเท่ากันที่แอมพลิจูดเท่ากัน ผ่านเซลล์การไหลที่ทำงานภายใต้ความดันเดียวกัน

เส้นทางสามขั้นตอนจากแนวคิดสู่การผลิต

1) การทดสอบในห้องปฏิบัติการด้วย UP400St เริ่มต้นด้วยการคัดกรองสูตรและอัตราส่วนบนเครื่องอัลตราโซนิก UP400St ขนาดกะทัดรัด (400 W) ทำงานในโหมดแบบแบตช์หรือแบบหมุนเวียนกลับโดยใช้เซลล์การไหลขนาดเล็ก เพื่อบันทึกแอมพลิจูด อุณหภูมิ และพลังงานจำเพาะ โดยทั่วไป ภายในหนึ่งวันคุณจะกำหนดขอบเขตของช่วงพลังงานจำเพาะที่ให้การกระจายขนาดหยดและความหนืดตามต้องการได้ โดยไม่เกิดการกลับเฟสหรือความร้อนมากเกินไป

2) การปรับกระบวนการให้เหมาะสมด้วย UIP2000hdT
เปลี่ยนมาใช้ UIP2000hdT (2 kW) เพื่อยืนยันการแปรรูปแบบต่อเนื่อง วัดผลของความดัน และปรับกำลังการแปรรูปให้เหมาะสมเมื่อเทียบกับคุณภาพ ในขั้นตอนนี้ คุณจะกำหนดวัฏจักรการทำงาน การควบคุมอุณหภูมิในสายการผลิต และความดันให้แน่นอน (โดยทั่วไปอยู่ที่ 2 ถึง 5 bar เพื่อเพิ่มความเข้มของคาวิเทชัน) ขั้นตอนนี้เป็นการพิสูจน์การประหยัดสารลดแรงตึงผิว ค่า d90 หรือช่วงการกระจายขนาดหยดเป้าหมาย และเวลาพำนักที่ทำได้จริง ณ อัตราการไหลที่สอดคล้องกับการใช้งานจริง พร้อมบันทึกพลังงานเพื่อคำนวณดุลค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (OPEX)

3) การขยายขนาดสู่การผลิตด้วย 4xUIP6000hdT
ระบบเครื่องอัลตราโซนิกระดับการผลิตเต็มรูปแบบมักใช้การทำงานแบบขนานเพื่อให้ได้กำลังการแปรรูปหลายตันต่อชั่วโมง ตัวอย่างเช่น UIP6000hdT สี่เครื่อง (เครื่องละ 6 kW) ที่ทำงานแบบขนานด้วยพลังงานจำเพาะ 0.5 kWh/t สามารถแปรรูปได้ประมาณ 10 ถึง 12 t/hr เนื่องจากอุปกรณ์มีการควบคุมแอมพลิจูดและติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์แบบเซลล์การไหลกับฮอร์นเพิ่มแอมพลิจูด จึงสามารถสร้างสนามเสียงซ้ำได้ นั่นหมายความว่าค่า d50 ช่วงการกระจายขนาดหยด และความหนืด Brookfield ของคุณจะสอดคล้องกับข้อมูลจากระดับนำร่องภายในช่วงความแปรปรวนของการวิเคราะห์

การเปรียบเทียบคลื่นอัลตราโซนิกกับเครื่องโรเตอร์–สเตเตอร์และเครื่องบดคอลลอยด์

เครื่องโรเตอร์–สเตเตอร์และเครื่องบดคอลลอยด์มีความทนทานและเป็นที่คุ้นเคย แต่มีข้อแลกเปลี่ยนระหว่างความเข้มข้นของการใช้พลังงาน เวลาพำนัก และพื้นที่ติดตั้งขนาดใหญ่ เครื่องเหล่านี้ยังทำให้ขนาดหยดขึ้นอยู่กับช่วงสภาวะกระบวนการที่แคบมาก และอาจต้องใช้อุณหภูมิสูงขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงความหนืดที่เพิ่มสูงอย่างฉับพลัน คลื่นอัลตราโซนิกแยกการแตกตัวของหยดออกจากแรงเฉือนระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ และใช้คาวิเทชันแทน จึงทำให้คุณได้ขนาดหยดเท่าเดิมหรือดีขึ้นภายในเวลาที่สั้นลง โดยใช้พลังงานจำเพาะรวมใกล้เคียงกันหรือต่ำกว่า การบำรุงรักษาก็แตกต่างกันเช่นกัน เพราะไม่ต้องรักษาค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดระหว่างสเตเตอร์กับโรเตอร์ ในทางปฏิบัติ ผู้ปฏิบัติงานรายงานว่ารอบการทำความสะอาดในระบบโดยไม่ถอดชิ้นส่วนเร็วขึ้น และเปลี่ยนสูตรได้ง่ายขึ้น