Холодна асфальтобетонна суміш – Виробляйте кращу якість за допомогою ультразвукової обробки

Асфальтобетонні емульсії холодного змішування критично залежать від контролю розподілу крапель за розміром, в'язкості та стабільності при мінімізації енерговитрат, необхідних для переробки. Ультразвукові апарати Hielscher ефективно розбивають краплі, скорочують час обробки і дозволяють досягти більш жорстких специфікацій з меншою кількістю поверхнево-активної речовини і при більш низьких температурах. На цій сторінці детально описано механізм, триступеневий шлях нарощування потужності та інженерні рішення, які забезпечують надійну роботу ультразвукових вібраторів Hielscher у виробництві холодної асфальтобетонної суміші.

Навіщо використовувати ультразвукові вібратори для холодних асфальтобетонних сумішей

Основними економічними важелями є скорочення часу перебування, менша потреба в емульгаторі при тому ж цільовому розмірі крапель, вужчий діапазон і, отже, краща стабільність при зберіганні, а також можливість працювати при нижчій температурі процесу. Порівняно з роторно-статорними або колоїдними млинами, ультразвук передає енергію через кавітаційні мікрострумені, а не через зсув між інструментом і статором, що призводить до швидшого руйнування крапель при заданій питомій витраті енергії.

• Виміряне зниження в'язкості приблизно від 20 до 30 відсотків при незмінній формулюванні після обробки ультразвуком у поєднанні з переходом до менших, більш монодисперсних крапель емульсії.
• Економія поверхнево-активної речовини від 10 до 30 відсотків для заданого цільового d90 і вікна стабільності, оскільки кавітаційне поле може генерувати дрібні краплі.
• Коротший час обробки і менша площа обладнання, оскільки за допомогою ультразвукової обробки можна досягти специфікованої в'язкості і розміру крапель за допомогою вбудованої ультразвукової обробки.
• Нижчі температури змішування, що зменшує споживання енергії та вплив диму на працівників, а також відповідає ініціативам ЄС та США щодо декарбонізації дорожніх матеріалів.

Механізм: Зменшення розміру та диспергування крапель під дією кавітації

На відміну від суто механічного зсуву, акустична кавітація генерує локальні коливання тиску в сотні бар і мікрострумені зі швидкістю від десятків до сотень метрів за секунду. В холодних асфальтобетонних емульсіях це призводить до двох синергетичних ефектів. По-перше, швидке зменшення розміру крапель до більш вузького розподілу, що знижує в'язкість при постійному вмісті твердих частинок. По-друге, інтенсивне мікрозмішування на молекулярному рівні, що прискорює адсорбцію емульгаторів на новій межі розділу фаз, стабілізуючи емульсію без необхідності передозування емульгатора. Кінцевим результатом є препарат, який легше перекачується та укладається, з покращеною довготривалою стабільністю.

Лінійне масштабування: Постійна питома енергія, постійна амплітуда, постійний тиск

Практичне правило для масштабування ультразвуку просте. Якщо ви тримаєте питоме споживання енергії (кВт-год на тонну), акустичну амплітуду на поверхні сонотрода і тиск в реакторі постійними, якість емульсії буде інваріантною в усіх масштабах. Це не евристичний висновок. Це те, як інтенсивність кавітації та динаміка бульбашок корелюють з акустичним полем, і чому промислова ультразвукова обробка може бути розроблена детерміновано. Іншими словами, протокол, який ви використовуєте на сонакаторі UP400St з амплітудою 40 відсотків і потужністю 0,6 кВт-год / т, буде відтворений на системі 4xUIP6000hdT, доставляючи ту ж енергію на масу при тій же амплітуді через проточну камеру, що працює при тому ж тиску.

Три кроки від ідеї до виробництва

1) Лабораторне тестування з UP400St Почніть з скринінгу рецептур і співвідношень на компактному ультразвуковому аналізаторі UP400St (400 Вт). Працюйте в періодичному або рециркуляційному режимі з невеликою проточною коміркою для вимірювання амплітуди, температури і питомої енергії. Протягом доби ви зазвичай встановлюєте вікно питомої енергії, яке дає бажаний розподіл крапель за розміром і в'язкістю без інверсії фаз або надмірного нагрівання.

2) Оптимізація процесу за допомогою UIP2000hdT
Перейдіть до UIP2000hdT (2 кВт), щоб підтвердити безперервну обробку, виміряти вплив тиску і оптимізувати пропускну здатність і якість. Тут ви фіксуєте робочий цикл, вбудований контроль температури і тиск (зазвичай від 2 до 5 бар для інтенсифікації кавітації). Саме тут ви підтверджуєте економію поверхнево-активних речовин, цільовий показник d90 або діапазон, а також досяжний час витримки при реалістичних витратах, одночасно реєструючи енергію для балансу операційних витрат.

3) Масштабування до виробництва з 4xUIP6000hdT
Повномасштабні установки сокатора часто використовують розпаралелювання, щоб досягти декількох тонн на годину. Наприклад, чотири UIP6000hdT (6 кВт кожен), що працюють паралельно при питомій енергії 0,5 кВт-год/т, обробляють близько 10-12 т/год. Оскільки пристрої мають амплітудне регулювання і оснащені реакторами з проточними комірками і підсилювальними рупорами, акустичне поле є відтворюваним. Це означає, що ваші значення d50, розкид і в'язкість за Брукфільдом відповідають пілотним даним в межах аналітичного розкиду.

Порівняння ультразвуку з роторно-статорними та колоїдними млинами

Роторно-статорні та колоїдні млини є надійними і звичними, але вони обмінюють енергоємність на час перебування і великі площі. Вони також прив'язують розмір крапель до дуже вузьких технологічних вікон і можуть вимагати підвищених температур, щоб уникнути стрибків в'язкості. Ультразвук відокремлює руйнування крапель від зсуву між рухомими частинами і замість цього використовує кавітацію, тому ви досягаєте таких же або кращих розмірів крапель за коротший час при аналогічній або нижчій загальній питомій енергії. Технічне обслуговування також відрізняється. Немає жорстких допусків на зазори між статором і ротором. На практиці оператори повідомляють про більш швидкі цикли очищення на місці та легше перемикання між рецептурами.