Studi Kasus: Emulsifier Masuk-Bawah Gesekan Tinggi Meningkatkan Efisiensi Produksi dan Kualitas Produk dalam Pemrosesan Bahan Kimia Halus
Dalam bidang produksi bahan kimia halus, proses emulsifikasi adalah mata rantai inti yang secara langsung menentukan kualitas produk, stabilitas, dan efisiensi produksi. Bagi perusahaan yang bergerak di bidang produksi emulsi polimer dan bahan komposit, mencapai dispersi fase yang tidak dapat bercampur secara seragam, menghilangkan sedimentasi material, dan mengurangi tingkat cacat produk selalu menjadi tantangan utama dalam proses produksi. Studi kasus ini memperkenalkan bagaimana sebuah perusahaan bahan kimia halus berhasil memecahkan masalah produksi yang telah lama ada dengan menerapkan emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi, dan mencapai peningkatan signifikan dalam kualitas produk dan efisiensi produksi.
1. Latar Belakang dan Tantangan Produksi
Perusahaan ini terutama bergerak di bidang R&D dan produksi emulsi polimer berbasis air, yang banyak digunakan dalam pelapis, perekat, dan bidang lainnya. Sebelum memperkenalkan emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi, perusahaan menggunakan pengaduk atas tradisional untuk operasi emulsifikasi dan pencampuran. Dengan perluasan skala produksi dan peningkatan persyaratan pasar untuk kualitas produk, peralatan tradisional secara bertahap menunjukkan keterbatasan yang jelas, yang sangat mempengaruhi kemajuan produksi dan daya saing produk.
Tantangan produksi utama adalah sebagai berikut:
- Emulsifikasi Tidak Merata dan Stabilitas Produk Buruk: Pengaduk atas tradisional memiliki gaya geser yang terbatas, dan sulit untuk sepenuhnya mendispersikan fase minyak, fase air, dan aditif fungsional dalam sistem material. Emulsi yang disiapkan memiliki ukuran partikel yang besar, rentang distribusi yang luas, dan mudah terjadi pemisahan fase dan stratifikasi selama penyimpanan. Tingkat kualifikasi produk hanya sekitar 88%, dan produk cacat yang disebabkan oleh stabilitas yang buruk menyumbang lebih dari 90% dari total produk cacat.
- Sedimentasi Material yang Serius dan Zona Mati: Karena volume besar dari ketel produksi (batch 5000L), efek pengadukan dari pengaduk atas sulit untuk mencakup bagian bawah ketel. Sejumlah besar aditif bubuk padat dan bahan viskositas tinggi mudah mengendap di bagian bawah ketel, membentuk zona mati yang tidak dapat diaduk. Hal ini tidak hanya menyebabkan pemborosan bahan baku, tetapi juga mempengaruhi konsistensi komponen produk, yang mengakibatkan perbedaan besar dalam kinerja produk antar batch.
- Siklus Produksi yang Panjang dan Konsumsi Energi yang Tinggi: Untuk memastikan efek emulsifikasi semaksimal mungkin, perusahaan harus memperpanjang waktu pengadukan menjadi 8-10 jam per batch, yang tidak hanya mengurangi kapasitas produksi (hanya 2 batch yang dapat diproduksi per hari), tetapi juga menyebabkan konsumsi energi yang tinggi. Konsumsi daya pengaduk per batch mencapai 350 kWh, yang meningkatkan biaya produksi secara signifikan.
- Pembersihan yang Sulit dan Biaya Perawatan yang Tinggi: Pengaduk atas tradisional memiliki struktur yang kompleks, dan poros pengaduk serta bilah mudah menempel pada material. Pekerjaan pembersihan setelah setiap batch memakan waktu 2-3 jam, yang memakan waktu dan tenaga. Pada saat yang sama, karena beban peralatan yang besar selama pengoperasian, keausan bantalan dan segel sangat serius, dan frekuensi perawatan mencapai sekali setiap 2 bulan, yang mempengaruhi efisiensi produksi berkelanjutan.
2. Pemilihan Peralatan dan Konfigurasi Teknis
Setelah penyelidikan mendalam terhadap proses produksi dan verifikasi teknis berulang, perusahaan akhirnya memilih emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi untuk menggantikan pengaduk atas tradisional. Peralatan ini dirancang untuk produksi ketel volume besar, dengan kepala kerja dipasang di bagian bawah ketel, yang dapat langsung bekerja pada material bagian bawah dan memecahkan masalah sedimentasi dan zona mati dari sumbernya. Konfigurasi teknis utama adalah sebagai berikut:
- Daya dan Kapasitas Pemrosesan: Peralatan dilengkapi dengan motor efisiensi tinggi 37kW, yang cocok untuk kapasitas pemrosesan batch 3000-8000L, sepenuhnya sesuai dengan ketel produksi 5000L perusahaan.
- Struktur Rotor-Stator: Mengadopsi rakitan rotor-stator bergigi multi-lapis dengan celah pas presisi 0,2-0,5mm. Kecepatan rotor dapat mencapai 2940rpm, menghasilkan kecepatan linier tinggi dan gaya geser yang kuat, yang secara efektif dapat memecah tetesan material dan partikel padat.
- Kualitas Material: Bagian kontak dengan material terbuat dari baja tahan karat 316L, dengan kekasaran permukaan Ra≤0,4μm, yang memenuhi persyaratan produksi bahan kimia halus untuk kebersihan material dan ketahanan korosi.
- Sistem Kontrol: Dilengkapi dengan sistem kontrol konversi frekuensi cerdas, yang dapat menyesuaikan kecepatan rotor sesuai dengan sistem material dan persyaratan proses yang berbeda, dan mewujudkan pemantauan parameter operasi secara real-time seperti suhu dan status berjalan.
- Struktur Penyegelan: Mengadopsi desain segel mekanis ganda dengan fungsi pendinginan dan pembilasan, yang secara efektif mencegah kebocoran material dan memastikan stabilitas pengoperasian peralatan di bawah rotasi kecepatan tinggi.
Prinsip kerja inti dari peralatan adalah: ketika rotor berputar pada kecepatan tinggi, tekanan negatif yang kuat terbentuk dalam celah presisi antara rotor dan stator, yang menyedot material bagian bawah dan material bagian atas ke area geser bersama-sama. Material mengalami efek komprehensif seperti geseran kuat, ekstrusi sentrifugal, gesekan lapisan cairan, dan turbulensi dalam celah, sehingga partikel besar cepat pecah dan dimurnikan, dan fase yang tidak dapat bercampur sepenuhnya terdispersi dan diemulsifikasi, akhirnya membentuk sistem emulsi yang seragam dan stabil. Pada saat yang sama, aliran kecepatan tinggi yang dihasilkan oleh kepala kerja bagian bawah mendorong sirkulasi keseluruhan material dalam ketel, menghilangkan zona mati pengadukan dan menghindari sedimentasi material.
3. Efek Aplikasi dan Perbandingan Data
Setelah emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi digunakan, perusahaan melakukan uji komparatif selama satu bulan antara peralatan baru dan pengaduk tradisional. Parameter proses produksi tetap konsisten, dan kualitas produk, efisiensi produksi, dan konsumsi energi dievaluasi secara komprehensif. Efek aplikasi secara signifikan lebih baik dari yang diharapkan, dan indikator kinerja utama sangat meningkat.
3.1 Peningkatan Signifikan dalam Kualitas Produk
Ukuran partikel emulsi yang disiapkan oleh peralatan baru diuji dengan penganalisis ukuran partikel laser. Hasilnya menunjukkan bahwa ukuran partikel rata-rata produk berkurang dari 50μm (peralatan tradisional) menjadi 2-5μm, dan rentang distribusi ukuran partikel menyempit sebesar 70%. Uji stabilitas emulsi menunjukkan bahwa setelah penyimpanan statis selama 6 bulan, tidak ada pemisahan fase atau stratifikasi, dan stabilitas produk meningkat secara signifikan. Tingkat kualifikasi produk meningkat dari 88% menjadi 98,5%, dan tingkat cacat yang disebabkan oleh masalah emulsifikasi berkurang menjadi kurang dari 5%.
Selain itu, konsistensi komponen produk meningkat secara signifikan. Data deteksi indikator fungsional seperti viskositas dan kandungan padat produk dalam batch yang berbeda menunjukkan bahwa koefisien variasi (CV) berkurang dari 8,2% menjadi 1,5%, yang secara efektif memastikan keseragaman kinerja produk antar batch.
3.2 Efisiensi Produksi yang Sangat Meningkat
Karena efisiensi geser yang kuat dari peralatan, waktu emulsifikasi per batch dipersingkat dari 8-10 jam menjadi 3-4 jam, pengurangan sebesar 62,5%. Kapasitas produksi harian meningkat dari 2 batch menjadi 5 batch, dan output bulanan meningkat sebesar 150% tanpa memperluas lokasi produksi dan meningkatkan jumlah operator. Pada saat yang sama, waktu pembersihan setelah setiap batch dipersingkat dari 2-3 jam menjadi 40 menit, yang selanjutnya meningkatkan kapasitas produksi berkelanjutan dari peralatan.
3.3 Pengurangan Signifikan dalam Konsumsi Energi dan Biaya Perawatan
Meskipun daya emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi adalah 37kW, yang sedikit lebih tinggi daripada pengaduk tradisional (30kW), pemendekan waktu kerja yang signifikan membuat konsumsi daya per batch berkurang dari 350 kWh menjadi 148 kWh, penurunan sebesar 57,7%. Biaya energi tahunan dapat dihemat lebih dari 180.000 yuan.
Dalam hal perawatan, struktur segel mekanis ganda dan pemilihan material berkualitas tinggi mengurangi keausan komponen peralatan. Frekuensi perawatan berkurang dari sekali setiap 2 bulan menjadi sekali setiap 8 bulan, dan biaya perawatan per tahun berkurang sebesar 65%. Peralatan telah berjalan stabil selama 6 bulan setelah digunakan, tanpa kegagalan shutdown, memastikan kelanjutan produksi.
3.4 Eliminasi Sedimentasi Material dan Pengurangan Limbah
Kepala kerja yang dipasang di bagian bawah peralatan dapat sepenuhnya mengaduk material bagian bawah, sepenuhnya menghilangkan zona mati pengadukan di bagian bawah ketel. Masalah sedimentasi aditif padat dan material viskositas tinggi terpecahkan, dan tingkat pemanfaatan bahan baku meningkat dari 92% menjadi 99,2%. Limbah bahan baku tahunan berkurang lebih dari 8 ton, yang selanjutnya mengurangi biaya produksi.
4. Ringkasan dan Pengalaman
Bagi perusahaan bahan kimia halus, penerapan emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi tidak hanya memecahkan masalah produksi yang telah lama ada seperti emulsifikasi yang tidak merata, sedimentasi material, dan efisiensi rendah, tetapi juga mencapai peningkatan komprehensif dalam kualitas produk, efisiensi produksi, dan pengendalian biaya. Pengalaman yang berhasil menunjukkan bahwa untuk proses emulsifikasi material volume besar, viskositas tinggi, dan multi-fase, emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi memiliki keunggulan yang jelas yang tidak dapat ditandingi oleh peralatan pencampuran tradisional:
Pertama, desain yang dipasang di bagian bawah dapat langsung bekerja pada material bagian bawah, menghilangkan zona mati pengadukan dan menghindari sedimentasi material, memastikan keseragaman seluruh sistem material. Kedua, rakitan rotor-stator kecepatan tinggi menghasilkan gaya geser yang kuat, yang dapat dengan cepat memurnikan partikel dan meningkatkan stabilitas emulsi. Ketiga, kontrol cerdas dan desain struktur yang dioptimalkan mengurangi konsumsi energi dan biaya perawatan, serta meningkatkan efisiensi produksi.
Saat ini, perusahaan telah mempromosikan emulsifier masuk-bawah gesekan tinggi ke semua lini produksi 5000L dan 8000L-nya, dan telah mencapai manfaat ekonomi dan sosial yang baik. Ini memberikan referensi berharga bagi perusahaan serupa di industri bahan kimia halus untuk memecahkan masalah proses emulsifikasi dan mewujudkan peningkatan industri.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!