Soğuk Karışım Asfalt – Sonikasyon Kullanarak Daha İyi Kalite Üretin

Soğuk karışım asfalt emülsiyonları, damlacık boyutu dağılımını, viskoziteyi ve stabiliteyi kontrol ederken işleme için gereken enerji girdisini en aza indirmeye bağlıdır. Hielscher sonikatörleri damlacıkları verimli bir şekilde kırar, işleme süresini kısaltır ve daha az yüzey aktif madde ile daha düşük sıcaklıklarda daha sıkı spesifikasyonlara ulaşmanızı sağlar. Bu sayfada Hielscher sonikatörlerinin soğuk karışım asfalt üretiminde güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlayan mekanizma, üç aşamalı ölçek büyütme yolu ve ağır hizmet tipi mühendislik seçimleri ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Soğuk karışım asfalt emülsiyonları için neden sonikatör kullanılmalı?

Birincil ekonomik kaldıraçlar, kalış süresinin sıkıştırılması, aynı hedef damlacık boyutunda daha düşük emülgatör talebi, daha dar açıklık ve dolayısıyla daha iyi depolama stabilitesi ve daha düşük proses sıcaklığında çalışma imkanıdır. Rotor-stator veya kolloid değirmenlerle karşılaştırıldığında, ultrason, alet ve stator arasında kesme yerine kavitasyon mikrojetleri yoluyla enerji sağlar, bu da belirli bir enerji girdisinde daha hızlı damlacık parçalanması anlamına gelir.

• Sonikasyondan sonra değişmeyen formülasyonda ölçülen viskozite düşüşleri, daha küçük, daha monodispers emülsiyon damlacıklarına geçiş ile birlikte yüzde 20 ila 30 civarındadır.
• Kavitasyon alanı ince damlacıklar oluşturabildiğinden, belirli bir hedef d90 ve stabilite penceresi için yüzde 10 ila 30 oranında yüzey aktif madde tasarrufu.
• Sonikasyon, inline sonikasyon ile spesifikasyon viskozitesine ve damlacık boyutuna ulaşabildiğinden, daha kısa işleme süresi ve daha küçük ekipman ayak izleri.
• Daha düşük karıştırma sıcaklıkları, enerji kullanımını ve çalışanların dumana maruz kalmasını azaltırken, AB ve ABD'nin asfaltlama malzemelerini karbondan arındırma girişimleriyle uyumludur.

Mekanizma: Kavitasyon kaynaklı damlacık boyutu küçültme ve dağılım

Tamamen mekanik kaymanın aksine, akustik kavitasyon yüzlerce barlık yerel basınç dalgalanmaları ve saniyede onlarca ila yüzlerce metre arasında hızlara sahip mikrojetler üretir. Soğuk karışım asfalt emülsiyonlarında bu iki sinerjik etki yaratır. Birincisi, daha dar bir dağılıma kadar hızlı damlacık boyutu küçültme, sabit katı madde içeriğinde viskoziteyi düşürme. İkincisi, emülgatörlerin yeni arayüzeyde adsorpsiyonunu hızlandıran moleküler ölçekte yoğun mikro karıştırma, emülgatörün aşırı dozda kullanılmasına gerek kalmadan emülsiyonu stabilize eder. Net sonuç, daha kolay pompalanan ve yatışan, uzun vadeli stabilitesi iyileştirilmiş bir formülasyondur.

Doğrusal ölçek büyütme: Sabit özgül enerji, sabit genlik, sabit basınç

Ultrasonik ölçeklendirme için pratik kural basittir. Spesifik enerji girdisini (ton başına kWh), sonotrot yüzeyindeki akustik genliği ve reaktör basıncını sabit tutarsanız, emülsiyon kalitesi ölçekler arasında değişmez olacaktır. Bu bir sezgisel değildir. Kavitasyon yoğunluğu ve kabarcık dinamiklerinin akustik alanla nasıl ilişkili olduğu ve endüstriyel sonikasyonun neden deterministik olarak tasarlanabileceğidir. Başka bir deyişle, UP400St sonikatörde yüzde 40 genlik ve 0,6 kWh/t ile kullandığınız protokol, 4xUIP6000hdT sistemde aynı basınçta çalışan bir akış hücresi aracılığıyla aynı genlikte kütle başına aynı enerjiyi vererek yeniden üretilecektir.

Fikirden üretime giden üç adımlı yol

1) UP400St ile laboratuvar testi Kompakt UP400St sonikatörde (400 W) formülasyonları ve oranları tarayarak başlayın. Genlik, sıcaklık ve spesifik enerjiyi yakalamak için küçük bir akış hücresi ile toplu veya devridaim modunda çalıştırın. Bir gün içinde, faz inversiyonu veya aşırı ısınma olmadan istenen damlacık boyutu dağılımını ve viskoziteyi veren spesifik enerji penceresini genellikle parantez içine alırsınız.

2) UIP2000hdT ile süreç optimizasyonu
Sürekli işlemeyi doğrulamak, basınç etkilerini ölçmek ve verimi kaliteye göre optimize etmek için bir UIP2000hdT'ye (2 kW) geçin. Burada görev döngüsünü, hat içi sıcaklık kontrolünü ve basıncı (kavitasyonu yoğunlaştırmak için tipik olarak 2 ila 5 bar) sabitlersiniz. OPEX dengesi için enerji kaydı yaparken yüzey aktif madde tasarrufunu, hedef d90 veya span değerini ve gerçekçi akış hızlarında elde edilebilir bekleme süresini kanıtladığınız yer burasıdır.

3) 4xUIP6000hdT ile üretime ölçeklendirme
Tam ölçekli sonikatör kurulumları genellikle saatte birkaç tona ulaşmak için paralelleştirme kullanır. Örneğin, 0,5 kWh/t spesifik enerjide paralel olarak dört UIP6000hdT (her biri 6 kW) yaklaşık 10 ila 12 t/saat işlemektedir. Cihazlar genlik kontrollü olduğundan ve akış hücresi reaktörleri ve güçlendirici boynuzlarla donatıldığından, akustik alan tekrarlanabilir. Bu da d50, span ve Brookfield viskozitesinin analitik dağılım dahilinde pilot verilerle eşleştiği anlamına gelir.

Ultrasonun rotor-stator ve kolloid değirmenlerle karşılaştırılması

Rotor-stator ve kolloid değirmenler sağlam ve tanıdıktır, ancak enerji yoğunluğunu bekleme süresi ve büyük ayak izleri ile takas ederler. Ayrıca damlacık boyutunu çok dar proses pencerelerine bağlarlar ve viskozite artışlarını önlemek için yüksek sıcaklıklar gerektirebilirler. Ultrason, damlacık kırılmasını hareketli parçalar arasındaki kaymadan ayırır ve bunun yerine kavitasyon kullanır, böylece aynı veya daha iyi damlacık boyutlarına benzer veya daha düşük toplam spesifik enerjiyle daha kısa sürede ulaşırsınız. Bakım da farklıdır. Stator ve rotor arasında tutulması gereken sıkı toleranslar yoktur. Pratik olarak, operatörler daha hızlı yerinde temizlik döngüleri ve formülasyonlar arasında daha kolay geçiş bildirmektedir.