Studi Kasus: Emulsifier Masuk-Bawah Geser-Tinggi dalam Optimasi Proses Emulsifikasi Industri
Dalam produksi industri yang melibatkan pemrosesan material multi-fase, emulsifikasi adalah prosedur kunci yang secara langsung memengaruhi kinerja produk, stabilitas penyimpanan, dan biaya pemrosesan. Bagi produsen yang terlibat dalam produksi pelapis berbasis air, perekat, dan emulsi polimer, mencapai dispersi menyeluruh dari fase minyak dan air yang tidak dapat bercampur, menghindari sedimentasi material dalam ketel volume besar, dan memastikan konsistensi produk dari batch ke batch telah lama menjadi tantangan utama yang membatasi pengembangan produksi. Studi kasus ini menguraikan bagaimana seorang produsen berhasil mengatasi hambatan proses ini dengan memperkenalkan emulsifier masuk-bawah geser-tinggi, dan menyajikan efek aplikasi spesifik dan peningkatan proses secara faktual.
1. Latar Belakang Produksi dan Tantangan yang Ada
Produsen terlibat dalam produksi emulsi fungsional berbasis air, yang banyak digunakan dalam pelapis arsitektur, perekat kayu, dan bidang lainnya. Sebelum mengadopsi emulsifier masuk-bawah geser-tinggi, perusahaan menggunakan agitator dayung yang dipasang di bagian atas tradisional untuk operasi emulsifikasi. Dengan perluasan skala produksi, ketel reaksi volume besar 5000L dan 8000L secara bertahap menjadi peralatan produksi utama, dan keterbatasan agitator tradisional menjadi semakin jelas, yang membawa serangkaian masalah pada proses produksi.
Tantangan utama dalam proses produksi adalah sebagai berikut:
- Efek Emulsifikasi yang Tidak Cukup dan Stabilitas Produk yang Buruk: Gaya geser yang dihasilkan oleh agitator dayung yang dipasang di bagian atas tradisional relatif lemah, dan hanya dapat mencapai pencampuran material yang sederhana, tetapi tidak dapat secara efektif memecah tetesan minyak dan partikel padat dalam sistem emulsi. Emulsi yang disiapkan memiliki ukuran partikel rata-rata yang besar (sekitar 45-60μm), dan distribusi ukuran partikel tidak merata. Selama proses penyimpanan, sering terjadi pemisahan fase dan stratifikasi, yang memengaruhi kualitas produk dan pengalaman pengguna. Tingkat kualifikasi produk dipertahankan sekitar 87% untuk waktu yang lama.
- Sedimentasi Material yang Serius dan Zona Mati Pengadukan: Karena volume ketel produksi yang besar dan jangkauan pengadukan agitator yang dipasang di bagian atas yang terbatas, efek pengadukan sulit untuk mencakup area bawah dan tepi ketel. Sejumlah besar aditif bubuk padat dan material viskositas tinggi mudah mengendap di bagian bawah ketel, membentuk zona mati pengadukan. Material yang mengendap ini tidak dapat tercampur sepenuhnya dengan sistem utama, yang tidak hanya menyebabkan pemborosan bahan baku, tetapi juga menyebabkan kandungan komponen produk akhir yang tidak konsisten, yang mengakibatkan perbedaan kinerja yang besar antar batch.
- Siklus Produksi yang Panjang dan Efisiensi Produksi yang Rendah: Untuk meningkatkan efek emulsifikasi sebanyak mungkin, produsen harus memperpanjang waktu pengadukan menjadi 9-11 jam per batch. Dalam kondisi ini, hanya 2 batch produk yang dapat diproduksi setiap hari, yang tidak dapat memenuhi permintaan pasar yang terus meningkat. Pada saat yang sama, operasi pengadukan yang lama juga meningkatkan biaya tenaga kerja dan biaya manajemen perusahaan.
- Konsumsi Energi yang Tinggi dan Biaya Perawatan: Agitator yang dipasang di bagian atas tradisional perlu mempertahankan keluaran daya tinggi untuk waktu yang lama untuk memastikan efek pencampuran, yang mengakibatkan konsumsi energi yang tinggi. Konsumsi daya per batch mencapai 380 kWh, yang memberikan tekanan besar pada pengendalian biaya perusahaan. Selain itu, poros dan bilah agitator mudah menempel pada material, dan pekerjaan pembersihan setelah setiap batch memakan waktu 2,5-3 jam. Keausan bantalan dan segel serius selama pengoperasian, memerlukan perawatan setiap 1,5-2 bulan, yang selanjutnya meningkatkan biaya produksi.
2. Pemilihan Peralatan dan Karakteristik Teknis
Setelah melakukan penelitian mendalam tentang proses produksi, menganalisis sifat material dan persyaratan proses, dan melakukan beberapa pengujian di tempat dan demonstrasi teknis, produsen akhirnya memutuskan untuk mengadopsi emulsifier masuk-bawah geser-tinggi untuk menggantikan agitator dayung yang dipasang di bagian atas tradisional. Peralatan ini dirancang khusus untuk ketel reaksi volume besar, dengan kepala kerja dipasang di bagian bawah ketel, yang dapat langsung bekerja pada material di bagian bawah ketel, yang pada dasarnya memecahkan masalah sedimentasi material dan zona mati pengadukan. Karakteristik teknis utama dari peralatan tersebut adalah sebagai berikut:
- Konfigurasi Daya: Dilengkapi dengan motor konversi frekuensi efisiensi tinggi 45kW, yang dapat mewujudkan pengaturan kecepatan tanpa langkah dalam rentang 500-3000rpm, cocok untuk pemrosesan emulsifikasi material batch 4000-10000L, sepenuhnya cocok dengan ketel produksi 5000L dan 8000L produsen.
- Struktur Rotor-Stator: Mengadopsi rakitan rotor-stator bergigi tiga lapis dengan celah pas presisi 0,15-0,4mm. Desain bentuk gigi khusus dapat menghasilkan gaya geser yang kuat dan aliran turbulen ketika rotor berputar pada kecepatan tinggi, secara efektif memecah tetesan minyak dan partikel padat dalam sistem material menjadi partikel kecil.
- Pemilihan Material: Semua bagian yang bersentuhan dengan material terbuat dari baja tahan karat 316L, yang memiliki ketahanan korosi dan ketahanan aus yang sangat baik. Permukaan bagian dipoles hingga Ra≤0,3μm, yang memenuhi persyaratan produksi industri untuk kebersihan material dan menghindari kontaminasi material.
- Sistem Penyegelan: Mengadopsi struktur segel mekanis ujung ganda dengan fungsi pendinginan dan pembilasan, yang secara efektif dapat mencegah kebocoran material dan memastikan pengoperasian peralatan yang stabil di bawah rotasi kecepatan tinggi dan kondisi kerja suhu tinggi. Umur pakai segel secara signifikan lebih lama daripada segel tradisional.
- Sistem Kontrol: Dilengkapi dengan sistem kontrol PLC cerdas, yang dapat mewujudkan kontrol otomatis dari proses emulsifikasi. Dapat mengatur dan menyesuaikan parameter seperti kecepatan putar, waktu kerja, dan suhu material sesuai dengan formula material yang berbeda, dan memiliki fungsi alarm kesalahan dan perekaman data, yang nyaman untuk manajemen produksi dan penelusuran kualitas.
Prinsip kerja emulsifier masuk-bawah geser-tinggi adalah sebagai berikut: ketika peralatan beroperasi, rotor berputar pada kecepatan tinggi, membentuk tekanan negatif yang kuat di celah antara rotor dan stator, yang menyedot material di bagian bawah dan bagian atas ketel ke zona geser. Di zona geser, material mengalami efek komprehensif seperti geseran kuat, ekstrusi sentrifugal, gesekan lapisan cairan, dan dampak, sehingga tetesan minyak besar dan partikel padat cepat pecah dan dimurnikan. Pada saat yang sama, aliran material berkecepatan tinggi mendorong sirkulasi keseluruhan material dalam ketel, sehingga semua material dapat tercampur dan diemulsifikasi sepenuhnya, dan akhirnya terbentuk sistem emulsi yang seragam dan stabil.
3. Efek Aplikasi dan Analisis Data
Setelah emulsifier masuk-bawah geser-tinggi secara resmi dimasukkan ke dalam produksi, produsen melakukan uji komparatif selama dua bulan antara peralatan baru dan agitator tradisional. Selama periode pengujian, formula material dan parameter proses produksi tetap konsisten, dan kualitas produk, efisiensi produksi, konsumsi energi, dan indikator lainnya dideteksi dan dianalisis secara komprehensif. Efek aplikasi secara signifikan lebih baik dari yang diharapkan, dan indikator utama sangat meningkat.
3.1 Kualitas Produk Meningkat Secara Signifikan
Ukuran partikel emulsi yang dihasilkan oleh peralatan baru dideteksi oleh penganalisis ukuran partikel laser. Hasilnya menunjukkan bahwa ukuran partikel rata-rata emulsi berkurang dari 52μm (agitator tradisional) menjadi 1,8-4,5μm, dan rentang distribusi ukuran partikel menyempit sebesar 75%. Uji stabilitas emulsi menunjukkan bahwa setelah penyimpanan statis selama 8 bulan pada suhu kamar, tidak ada pemisahan fase, stratifikasi, atau pengendapan, dan stabilitas produk meningkat secara signifikan. Tingkat kualifikasi produk meningkat dari 87% menjadi 98,8%, dan jumlah produk cacat yang disebabkan oleh masalah emulsifikasi menurun sebesar 95%.
Selain itu, konsistensi kinerja produk antar batch telah meningkat secara signifikan. Data deteksi indikator kinerja utama seperti viskositas produk, kandungan padat, dan adhesi menunjukkan bahwa koefisien variasi (CV) dari setiap indikator berkurang dari 9,5% menjadi 1,2%, yang secara efektif memastikan keseragaman kualitas produk dan memenuhi persyaratan ketat pelanggan hilir untuk kinerja produk.
3.2 Efisiensi Produksi Sangat Ditingkatkan
Karena efisiensi geser yang kuat dari emulsifier masuk-bawah geser-tinggi, waktu emulsifikasi per batch dipersingkat dari 9-11 jam menjadi 3,5-4,5 jam, pengurangan rata-rata sebesar 60%. Kapasitas produksi harian meningkat dari 2 batch menjadi 5-6 batch, dan output bulanan meningkat sebesar 160% tanpa meningkatkan lokasi produksi dan personel operasi. Pada saat yang sama, waktu pembersihan setelah setiap batch dipersingkat dari 2,5-3 jam menjadi 30-45 menit, yang sangat mengurangi waktu non-produksi dan meningkatkan kapasitas produksi berkelanjutan dari peralatan.
3.3 Konsumsi Energi dan Biaya Perawatan Berkurang
Meskipun daya emulsifier masuk-bawah geser-tinggi adalah 45kW, yang lebih tinggi daripada agitator yang dipasang di bagian atas tradisional (32kW), pemendekan waktu kerja yang signifikan membuat konsumsi daya per batch berkurang dari 380 kWh menjadi 171 kWh, penurunan sebesar 55%. Berdasarkan produksi tahunan 300 batch, biaya energi tahunan dapat dihemat lebih dari 200.000 yuan.
Dalam hal perawatan, struktur segel mekanis ujung ganda dan pemilihan material berkualitas tinggi mengurangi keausan komponen peralatan. Siklus perawatan diperpanjang dari sekali setiap 1,5-2 bulan menjadi sekali setiap 8-10 bulan, dan biaya perawatan tahunan berkurang sebesar 70%. Selama periode pengujian dua bulan, peralatan berjalan stabil tanpa kegagalan shutdown, memastikan kesinambungan dan stabilitas proses produksi.
3.4 Tingkat Pemanfaatan Material Ditingkatkan
Kepala kerja yang dipasang di bagian bawah dari emulsifier masuk-bawah geser-tinggi dapat sepenuhnya mengaduk material di bagian bawah ketel, sepenuhnya menghilangkan zona mati pengadukan. Masalah sedimentasi aditif bubuk padat dan material viskositas tinggi terpecahkan, dan material dapat tercampur dan dimanfaatkan sepenuhnya. Tingkat pemanfaatan bahan baku meningkat dari 91% menjadi 99,5%, mengurangi pemborosan bahan baku tahunan lebih dari 10 ton, yang selanjutnya mengurangi biaya produksi perusahaan.
4. Kesimpulan
Penerapan emulsifier masuk-bawah geser-tinggi telah secara efektif memecahkan masalah produsen yang sudah lama ada dalam proses produksi emulsifikasi, seperti emulsifikasi yang tidak merata, sedimentasi material, siklus produksi yang panjang, dan konsumsi energi yang tinggi. Sambil secara signifikan meningkatkan kualitas produk dan efisiensi produksi, juga telah sangat mengurangi biaya produksi, meningkatkan daya saing pasar perusahaan.
Kasus ini sepenuhnya menunjukkan bahwa bagi produsen industri dengan volume besar, viskositas tinggi, dan kebutuhan emulsifikasi material multi-fase, emulsifier masuk-bawah geser-tinggi memiliki keunggulan yang jelas dibandingkan dengan peralatan pencampuran tradisional. Desainnya yang unik yang dipasang di bagian bawah, kapasitas geser yang kuat, dan sistem kontrol cerdas dapat secara efektif mengoptimalkan proses emulsifikasi, meningkatkan efisiensi produksi dan kualitas produk, dan memberikan manfaat ekonomi yang signifikan bagi perusahaan.
Saat ini, produsen telah mempopulerkan emulsifier masuk-bawah geser-tinggi ke semua lini produksinya, dan telah mencapai hasil aplikasi yang baik. Pengalaman aplikasi yang sukses ini dapat memberikan referensi berharga bagi produsen serupa lainnya di industri untuk mengoptimalkan proses produksi emulsifikasi dan mewujudkan peningkatan industri.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!