Casestudy: High-Shear Bottom-Entry Emulgator Verbetert Productie-efficiëntie en Productkwaliteit in de Fijnchemische Verwerking
In de fijnchemische productie is het emulgeerproces een cruciale schakel die direct de productkwaliteit, stabiliteit en productie-efficiëntie bepaalt. Voor bedrijven die zich bezighouden met de productie van polymeeremulsies en composietmaterialen, is het bereiken van een uniforme dispersie van niet-mengbare fasen, het elimineren van materiaalafzetting en het verminderen van het aantal productdefecten altijd een belangrijke uitdaging geweest in het productieproces. Deze casestudy laat zien hoe een fijnchemisch bedrijf met succes langdurige productieknelpunten heeft opgelost door een high-shear bottom-entry emulgator toe te passen, en aanzienlijke verbeteringen heeft bereikt in productkwaliteit en productie-efficiëntie.
1. Achtergrond en Productie-uitdagingen
Het bedrijf houdt zich voornamelijk bezig met R&D en de productie van watergedragen polymeeremulsies, die veel worden gebruikt in coatings, lijmen en andere toepassingen. Voordat de high-shear bottom-entry emulgator werd geïntroduceerd, gebruikte het bedrijf een traditionele top-gemonteerde roerder voor emulgeer- en mengbewerkingen. Met de uitbreiding van de productie en de verbetering van de markteisen voor productkwaliteit, vertoonde de traditionele apparatuur geleidelijk aan duidelijke beperkingen, wat de productievoortgang en het concurrentievermogen van de producten ernstig beïnvloedde.
De belangrijkste productie-uitdagingen zijn als volgt:
- Ongelijke Emulgering en Slechte Productstabiliteit: De traditionele top-gemonteerde roerder heeft een beperkte schuifkracht en het is moeilijk om de oliefase, waterfase en functionele additieven in het materialsysteem volledig te dispergeren. De bereide emulsie heeft een grote deeltjesgrootte, een breed distributiebereik en neiging tot fasescheiding en stratificatie tijdens opslag. De kwalificatiegraad van het product is slechts ongeveer 88%, en de defecte producten veroorzaakt door slechte stabiliteit vertegenwoordigen meer dan 90% van het totaal aantal defecte producten.
- Ernstige Materiaalafzetting en Dode Zones: Vanwege het grote volume van de productieketel (5000L batch), is het roereffect van de top-gemonteerde roerder moeilijk om de bodem van de ketel te bedekken. Een grote hoeveelheid vaste poederadditieven en hoogviskeuze materialen bezinken gemakkelijk op de bodem van de ketel, waardoor dode zones ontstaan die niet kunnen worden geroerd. Dit veroorzaakt niet alleen verspilling van grondstoffen, maar beïnvloedt ook de consistentie van productcomponenten, wat resulteert in grote verschillen in productprestaties tussen batches.
- Lange Productiecyclus en Hoog Energieverbruik: Om het emulgeereffect zoveel mogelijk te garanderen, moet het bedrijf de roertijd verlengen tot 8-10 uur per batch, wat niet alleen de productiecapaciteit vermindert (er kunnen slechts 2 batches per dag worden geproduceerd), maar ook leidt tot een hoog energieverbruik. Het stroomverbruik van de roerder per batch bereikt 350 kWh, wat de productiekosten aanzienlijk verhoogt.
- Moeilijke Reiniging en Hoge Onderhoudskosten: De traditionele top-gemonteerde roerder heeft een complexe structuur en de roeras en bladen hechten gemakkelijk aan materialen. De reiniging na elke batch duurt 2-3 uur, wat tijdrovend en arbeidsintensief is. Tegelijkertijd is de slijtage van lagers en afdichtingen ernstig door de grote belasting van de apparatuur tijdens het gebruik, en de onderhoudsfrequentie is zo hoog als eens in de 2 maanden, wat de continue productie-efficiëntie beïnvloedt.
2. Apparatuurselectie en Technische Configuratie
Na een diepgaand onderzoek van het productieproces en herhaalde technische verificatie, koos het bedrijf uiteindelijk een high-shear bottom-entry emulgator om de traditionele top-gemonteerde roerder te vervangen. De apparatuur is ontworpen voor productie in grote ketels, met de werkkop geïnstalleerd aan de onderkant van de ketel, die direct op het bodemmateriaal kan inwerken en het probleem van afzetting en dode zones vanaf de bron kan oplossen. De belangrijkste technische configuraties zijn als volgt:
- Vermogen en Verwerkingscapaciteit: De apparatuur is uitgerust met een 37kW high-efficiency motor, die geschikt is voor een batchverwerkingscapaciteit van 3000-8000L, en volledig overeenkomt met de 5000L productieketel van het bedrijf.
- Rotor-Stator Structuur: Adopteert een meerlaagse getande rotor-stator assemblage met een precisie-pasopening van 0,2-0,5 mm. De rotorsnelheid kan 2940 tpm bereiken, waardoor een hoge lineaire snelheid en sterke schuifkracht worden gegenereerd, die de materiaaldruppels en vaste deeltjes effectief kan breken.
- Materiaalkwaliteit: De contactdelen met materialen zijn gemaakt van 316L roestvrij staal, met een oppervlakteruwheid Ra≤0,4μm, wat voldoet aan de eisen van de fijnchemische productie voor materiaalreinigheid en corrosiebestendigheid.
- Besturingssysteem: Uitgerust met een intelligent frequentieomvormingsbesturingssysteem, dat de rotorsnelheid kan aanpassen aan verschillende materialsystemen en procesvereisten, en real-time monitoring van bedrijfsparameters zoals temperatuur en bedrijfsstatus kan realiseren.
- Afdichtingsstructuur: Adopteert een dubbel mechanisch afdichtingsontwerp met koel- en spoelfuncties, dat materiaal lekkage effectief voorkomt en de stabiliteit van de apparatuurwerking bij hoge snelheid garandeert.
Het belangrijkste werkingsprincipe van de apparatuur is: wanneer de rotor met hoge snelheid draait, wordt een sterke negatieve druk gevormd in de precisie-opening tussen de rotor en de stator, die het bodemmateriaal en het bovenste materiaal samen in het schuifgebied zuigt. Het materiaal wordt onderworpen aan uitgebreide effecten zoals sterke schuifkracht, centrifugale extrusie, vloeistoflaagwrijving en turbulentie in de opening, zodat de grote deeltjes snel worden gebroken en verfijnd, en de niet-mengbare fasen volledig worden gedispergeerd en geëmulgeerd, waardoor uiteindelijk een uniform en stabiel emulsiesysteem ontstaat. Tegelijkertijd drijft de hoge stroomsnelheid die wordt gegenereerd door de onderste werkkop de algehele circulatie van materialen in de ketel aan, waardoor roerdode zones worden geëlimineerd en materiaalafzetting wordt voorkomen.
3. Toepassingseffect en Gegevensvergelijking
Nadat de high-shear bottom-entry emulgator in gebruik was genomen, voerde het bedrijf een vergelijkende test van een maand uit tussen de nieuwe apparatuur en de traditionele roerder. De procesparameters werden consistent gehouden en de productkwaliteit, productie-efficiëntie en energieverbruik werden uitgebreid geëvalueerd. Het toepassingseffect was aanzienlijk beter dan verwacht en de belangrijkste prestatie-indicatoren werden sterk verbeterd.
3.1 Aanzienlijke Verbetering van de Productkwaliteit
De deeltjesgrootte van de emulsie bereid met de nieuwe apparatuur werd getest met een laserdeeltjesgrootte-analysator. De resultaten toonden aan dat de gemiddelde deeltjesgrootte van het product werd verlaagd van 50μm (traditionele apparatuur) naar 2-5μm, en het deeltjesgrootteverdelingsbereik werd met 70% verkleind. De emulsie-stabiliteitstest toonde aan dat er na 6 maanden statische opslag geen fasescheiding of stratificatie was, en de productstabiliteit aanzienlijk verbeterde. De productkwalificatiegraad steeg van 88% naar 98,5%, en het defectpercentage veroorzaakt door emulgeerproblemen werd verlaagd tot minder dan 5%.
Daarnaast werd de consistentie van productcomponenten aanzienlijk verbeterd. De detectiegegevens van functionele indicatoren zoals viscositeit en vastestofgehalte van producten in verschillende batches toonden aan dat de variatiecoëfficiënt (CV) werd verlaagd van 8,2% naar 1,5%, wat de uniformiteit van de productprestaties tussen batches effectief garandeerde.
3.2 Sterk Verbeterde Productie-efficiëntie
Vanwege de sterke schuifefficiëntie van de apparatuur werd de emulgeertijd per batch verkort van 8-10 uur naar 3-4 uur, een vermindering van 62,5%. De dagelijkse productiecapaciteit steeg van 2 batches naar 5 batches, en de maandelijkse output steeg met 150% zonder de productielocatie uit te breiden en het aantal operators te verhogen. Tegelijkertijd werd de reinigingstijd na elke batch verkort van 2-3 uur naar 40 minuten, wat de continue productiecapaciteit van de apparatuur verder verbeterde.
3.3 Aanzienlijke Vermindering van Energieverbruik en Onderhoudskosten
Hoewel het vermogen van de high-shear bottom-entry emulgator 37kW is, wat iets hoger is dan dat van de traditionele roerder (30kW), maakt de aanzienlijke verkorting van de werktijd dat het energieverbruik per batch wordt verlaagd van 350 kWh naar 148 kWh, een afname van 57,7%. De jaarlijkse energiekosten kunnen met meer dan 180.000 yuan worden bespaard.
Op het gebied van onderhoud vermindert de dubbele mechanische afdichtingsstructuur en de selectie van hoogwaardige materialen de slijtage van de apparatuurcomponenten. De onderhoudsfrequentie wordt verminderd van eens in de 2 maanden naar eens in de 8 maanden, en de onderhoudskosten per jaar worden met 65% verlaagd. De apparatuur draait stabiel sinds 6 maanden na ingebruikname, zonder uitval, wat de continuïteit van de productie garandeert.
3.4 Eliminatie van Materiaalafzetting en Afvalreductie
De aan de onderkant gemonteerde werkkop van de apparatuur kan het bodemmateriaal volledig roeren, waardoor de roerdode zone aan de onderkant van de ketel volledig wordt geëlimineerd. Het afzettingsprobleem van vaste additieven en hoogviskeuze materialen is opgelost en de benuttingsgraad van grondstoffen is verhoogd van 92% naar 99,2%. Het jaarlijkse afval van grondstoffen wordt met meer dan 8 ton verminderd, wat de productiekosten verder verlaagt.
4. Samenvatting en Ervaring
Voor het fijnchemische bedrijf loste de toepassing van de high-shear bottom-entry emulgator niet alleen de langdurige productieknelpunten op, zoals ongelijke emulgering, materiaalafzetting en lage efficiëntie, maar bereikte ook een algehele verbetering van de productkwaliteit, productie-efficiëntie en kostenbeheersing. De succesvolle ervaring laat zien dat voor emulgeerprocessen met grote volumes, hoge viscositeit en meerfasematerialen de high-shear bottom-entry emulgator duidelijke voordelen heeft die traditionele mengapparatuur niet kan evenaren:
Ten eerste kan het aan de onderkant gemonteerde ontwerp direct inwerken op het bodemmateriaal, roerdode zones elimineren en materiaalafzetting voorkomen, waardoor de uniformiteit van het gehele materialsysteem wordt gewaarborgd. Ten tweede genereert de high-speed rotor-stator assemblage een sterke schuifkracht, die deeltjes snel kan verfijnen en de stabiliteit van de emulsie kan verbeteren. Ten derde verminderen de intelligente besturing en het geoptimaliseerde structuurontwerp het energieverbruik en de onderhoudskosten en verbeteren ze de productie-efficiëntie.
Momenteel heeft het bedrijf de high-shear bottom-entry emulgator gepromoot naar al zijn 5000L en 8000L productielijnen en heeft het goede economische en sociale voordelen behaald. Het biedt een waardevolle referentie voor vergelijkbare bedrijven in de fijnchemische industrie om emulgeerprocesproblemen op te lossen en industriële upgrading te realiseren.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!