Gevalstudie: Verbetering van de efficiëntie en kwaliteit van de industriële emulsieproductie met geavanceerde emulgatieapparatuur
In de industriële productie dienen emulsieproducten als basismateriaal voor verschillende sectoren, waaronder architecturale coatings, industriële kleefstoffen, textielhulpstoffen,en voedselverwerkingDe kwaliteit van de industriële emulsies, die wordt gekenmerkt door de grootte van de druppels, de fasestabiliteit en de uniformiteit van de componenten, bepaalt rechtstreeks de prestaties van de eindproducten. This case study focuses on the application of advanced industrial emulsification equipment in resolving long-standing process challenges in the production of high-performance water-based architectural coating emulsions, waarin de selectie van de apparatuur, de optimalisatie van het proces en de concrete resultaten worden beschreven zonder afbreuk te doen aan de operationele naleving en schaalbaarheid.
1. Achtergrond en kernprocesuitdagingen
Het productieproces van de beoogde water-gebaseerde emulsie voor architecturale coatings omvatte twee onmisbare fasen: een oliefase bestaande uit acrylmonomeren, samenvoegingsmiddelen,en hydrofobische modificatorenVoor de invoering van nieuwe emulgatieapparatuur moet de verwerking van de verwerkingsprocedure worden voortgezet met de toepassing van een waterfase die gedieoniseerde water, emulgatoren, initiatoren en pH-regulatoren bevat.het productieproces is gebaseerd op traditionele roervaten van het ankertype, die leidde tot vier kritieke uitdagingen die de productiecapaciteit en het concurrentievermogen van de producten beperkte:
Ten eerste, onvoldoende verspreiding van de monomeren in de oliefase.de monomeren vormden grotere druppels of agglomeraten die niet volledig konden worden afgebrokenDeze niet verspreide deeltjes bleven in de uiteindelijke emulsie, wat resulteerde in "visogen" (zichtbare vaste deeltjes) in de coatingfilm, wat de gladheid en duurzaamheid van de film ernstig beïnvloedde.
Ten tweede is de grootte van de druppels niet consistent verdeeld, omdat de lage scheerkracht van de ankerstokken de twee fasen niet gelijkmatig verspreidde.Uit kwaliteitsonderzoeken is gebleken dat de druppeldimension D90 (de grootte waarbij 90% van de druppeltjes kleiner is) van de emulsie varieerde tussen 15 μm en 30 μm.Deze inconsistentie leidde tot aanzienlijke variaties in de viscositeit en stabiliteit van de emulsie,met een aantal partijen die binnen 7 dagen na opslag olie scheiden en andere met een overmatige viscositeit die de toepassing belemmert.
Ten derde is de productie-efficiëntie laag en het energieverbruik hoog.het traditionele proces vereiste langdurige roertijden, elke partij van 5 ton duurde ongeveer 6 uur om de emulgatie te voltooienDe verlenging van de exploitatie heeft niet alleen de productie doorvoer verminderd, maar ook het energieverbruik verhoogd, waarbij het roeren systeem gemiddeld 120 kWh per partij verbruikt.de slechte stabiliteit van de tussenproducten heeft geleid tot een kwalificatiepercentage van slechts 82%., wat leidt tot een aanzienlijke verspilling van grondstoffen en arbeidskosten.
Ten vierde, de moeilijkheid om de productie op te schalen: het traditionele batch roeren was sterk afhankelijk van handmatige bediening om de voersnelheid en de roerintensiteit te beheersen.Bij opschaling van de productie op laboratoriumschaal (50 L) naar de productie op industriële schaal (5 ton)In het kader van het onderzoek werd vastgesteld dat de procesparameters moeilijk nauwkeurig te reproduceren waren, wat leidde tot aanzienlijke kwaliteitsverschillen tussen proef- en massaproductiepartijen.Dit schaalbaarheidsprobleem beperkte de uitbreiding van de productiecapaciteit om aan de groeiende marktvraag te voldoen.
Bovendien moet het productieproces voldoen aan de industriële veiligheids- en milieunormen, die vereisen dat de apparatuur is gebouwd met corrosiebestendige materialen.met een effectieve afdichting om ontvlieging van monomeren te voorkomen, en compatibel met clean-in-place (CIP) -systemen om de hygiëne van het gebruik te garanderen.
2. Selectie van apparatuur en optimalisatie van processen
Na een uitgebreide beoordeling van de vereisten van het proces, de productspecificaties en de schaalbaarheid, werd een industriële emulgatiesysteem met meerdere fasen geselecteerd.met een vermogen van niet meer dan 30 W,De selectie van de apparatuur werd geleid door de beginselen van verbetering van de snijdoeltreffendheid, waarborging van procescontroleerbaarheid en vergemakkelijking van naadloze opschaling.met de belangrijkste technische kenmerken die zijn afgestemd op de kenmerken van acrylemulsies op waterbasis:
1. Pre-dispersiemixer: uitgerust met een snelle roterende wieler en een turbulentiegenererende buffer,Deze mengstof is ontworpen om grote agglomeraten in de oliefase te breken vóór primaire emulgatie.Het is vervaardigd uit 316L roestvrij staal en beschikt over een gladde binnenwand met een oppervlakte ruwheid Ra ≤ 0,4 μm om materialen te voorkomen.De variabele frequentiedruk (VFD) van de mixer maakte het mogelijk de rotatiesnelheid tussen 500 en 3000 t/min aan te passen., waardoor de intensiteit van de dispersie nauwkeurig kan worden geregeld op basis van de viscositeit van de oliefase.
2. Pipeline-type High-Shear Emulsifier: als kernapparatuur heeft het een driestaps rotor-stator structuur aangenomen met een minimale kloof van 0,05 mm tussen de rotor en de stator.Dit ontwerp genereerde intense scheerkrachten (tot 10^6 s^-1)De emulgator kan een doorstroming van 8 m3/h bereiken, waardoor continue on-line emulgatie en circulatie mogelijk is.Het is ook geïntegreerd met een real-time-monitoringssysteem voor het volgen van belangrijke parameters zoals de rotatiesnelheidHet systeem is voorzien van een vergrendeling van de verpakking met een vergrendeling van de verpakking met een vergrendeling van de verpakking met een vergrendeling van de verpakking met een vergrendeling van de verpakking.voldoen aan de milieueisen en veiligheidsvereisten.
Op basis van de nieuwe apparatuur werd het productieproces in vier belangrijke fasen geoptimaliseerd om consistentie en efficiëntie te garanderen:
1- Pre-dispersiestap: de oliefase materialen (acrylmonomeren, samenvoegingsmiddelen, hydrofobische modificatoren) werden toegevoegd aan de pre-dispersiemixer,en de wervel werd geactiveerd bij 2500 tpm om een hoog turbulentie-stroomveld te creërenDit proces breekt de aanvankelijke agglomeraten af en vormt binnen 30 minuten een uniforme oliefase met een lage viscositeit, waardoor de vorming van "visogen" bij de bron wordt geëlimineerd.
2. Gecontroleerde voedingsfase: de vooraf gedispergeerde oliefase en de waterhoudende fase (deioniseerd water, emulgatoren, initiatoren) werden in een pijplijnemulgator gepompt met een vaste volumeverhouding (1:3) via meetpompenDe voersnelheid werd nauwkeurig geregeld door het VFD-systeem om een stabiele verhouding te garanderen, waarbij faseomkering werd vermeden als gevolg van plotselinge veranderingen in de samenstelling van het materiaal.
3. Multicyclus-emulgatiestadium: het aanvankelijk emulgeerde mengsel werd gedurende 2-3 cycli door het emulgatiemiddel van het pijplijntype gedraaid, waarbij elke cyclus ongeveer 45 minuten duurde.De driefasige rotor-statorstructuur zorgde ervoor dat de druppelgrootte geleidelijk werd verfijnd tijdens elke circulatie, en het real-time-monitoringssysteem heeft de rotatiesnelheid (2000-4000 t/min) aangepast op basis van drukfeedback om de optimale snijintensiteit te behouden.
4Stabilisatiestadium na emulgatie: na voltooiing van de meervoudige emulgatiecyclus werd de emulsie overgebracht naar een opslagvat voor nabehandeling (pH-aanpassing, ontfoonning).De tank was voorzien van een laag snelheidsroer om de homogeniteit te behouden zonder de geraffineerde druppels te beschadigenHet gehele proces was semi-geautomatiseerd, met slechts minimale handmatige interventie voor de bevestiging van parameters.
3. Uitvoeringsresultaten en prestatieverificatie
Na de inzet van het geavanceerde emulgatiesysteem en het geoptimaliseerde proces,continue productiegegevens (verzameld gedurende 6 maanden) en kwaliteitsonderzoeken van derden bevestigden aanzienlijke verbeteringen van de productkwaliteit, productie-efficiëntie en schaalbaarheid.
Verbetering van de kwaliteit van het product: de druppelverdeling van de emulsie is aanzienlijk verfijnd en gestabiliseerd.De testresultaten toonden aan dat de D90 van de emulsie consistent tussen 6 μm en 9 μm werd gecontroleerd.Het gebrek van de "vis-oog" in de uiteindelijke coatingfilm is verlaagd van 15% naar minder dan 1%.Stabiliteitsonderzoek toonde aan dat de emulsie geen olieseparatie vertoonde, sedimentatie of viscositeitsverschillen na 30 dagen opslag bij 50°C (versnelde verouderingstest) en de houdbaarheid werd verlengd van 6 maanden tot 12 maanden.de uniformiteit van de verdeling van de componenten is verbeterd, waarbij de relatieve standaarddeviatie (RSD) van het acrylmonomeerinhoud in verschillende monsters is verlaagd van 4,1% naar 0,9%.
Productie-efficiëntie en kostenreductie: de totale verwerkingstijd per partij van 5 ton werd verkort van 6 uur tot 2 uur, wat een toename van de productie-efficiëntie met 66,7% betekent.De productiecapaciteit is verhoogd van 20 t/dag tot 50 t/dagHet energieverbruik per partij werd verlaagd van 120 kWh naar 55 kWh, een verlaging van 54,2% van de energiekosten.het minimaliseren van het afval van grondstoffen en het verminderen van de productiekosten met ongeveer 28%.
Scalability and Process Compliance: Het semi-geautomatiseerde besturingssysteem zorgde ervoor dat de procesparameters (voedingsverhouding, rotatiesnelheid,de temperatuur) nauwkeurig kunnen worden gereproduceerd op verschillende productieschalen (van proefproducten van 50 liter tot industriële partijen van 5 ton)De 316L-constructie in roestvrij staal en de CIP-compatibiliteit van de apparatuur vereenvoudigden de reinigingsprocedures.het verminderen van de schoonmaaktijd met 40% en het garanderen van de naleving van de industriële hygiëne normenDe mechanische afdichting en het uitlaatsysteem voorkomen de ontvlieging van monomeren en voldoen aan de milieueisen.
Betrouwbaarheid van de apparatuur: gedurende 6 maanden van continue werking heeft het emulgatiesysteem een stabiele prestatie behouden zonder ongeplande stilstand.De onderhoudscyclus werd verlengd van eenmaal per maand (traditionele apparatuur) naar eenmaal per 6 maandenHet modulaire ontwerp van de apparatuur vergemakkelijkt ook de gemakkelijke vervanging van slijtageonderdelen (bijv. rotor, stator), waardoor de onderhoudsduur en de operationele storingen tot een minimum worden beperkt.
4Belangrijkste inzichten en conclusies
Deze casestudy toont aan dat geavanceerde industriële emulgatieapparatuur, in combinatie met een geoptimaliseerd procesontwerp,kan effectief inspelen op de kernproblemen van de traditionele emulsieproductieHet succes van deze implementatie ligt in drie belangrijke inzichten:
Ten eerste is pre-dispergentie een cruciale voorloper voor een hoogwaardige emulgatie.vermindering van de belasting op de volgende emulgatiestappen en verbetering van de algehele efficiëntie van het procesTen tweede zorgt de meerfasige emulgatie met hoge scheerkracht en realtime monitoring voor een nauwkeurige controle van de druppeldistributie.die essentieel is voor de verbetering van de stabiliteit van de emulsie en de prestaties van het eindproductTen derde is het ontwerp van semi-geautomatiseerde en schaalbare apparatuur essentieel voor de industriële productie, waardoor consistent repliceren van parameters over de schaal heen mogelijk is en de afhankelijkheid van handmatige bediening wordt verminderd.
Tot slot, the adoption of the multi-stage industrial emulsification system has not only resolved the specific process challenges faced in water-based architectural coating emulsion production but also established a stableDeze implementatie biedt een waardevolle referentie voor industriële fabrikanten die emulsieproductielijnen willen upgraden.de rol van geavanceerde apparatuur in de verbetering van de rijkwaliteit benadrukken, efficiëntieverbetering en kostenreductie in de industriële emulsieproductie.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!