Studio di caso: Emulsionatore ad alto taglio di base migliora l'efficienza di produzione e la qualità del prodotto nella lavorazione chimica fine
Nel campo della produzione chimica fine, il processo di emulsione è un anello centrale che determina direttamente la qualità, la stabilità e l'efficienza del prodotto.Per le imprese impegnate nella produzione di emulsioni di polimeri e materiali compositi, raggiungere una dispersione uniforme delle fasi immiscibili, eliminare la sedimentazione dei materiali e ridurre i tassi di difetti dei prodotti sono da sempre sfide chiave nel processo produttivo.Questo caso di studio presenta come un'impresa di chimica fine ha risolto con successo problemi di produzione di lunga data applicando un emulsionante ad alta taglio di fondo, e ha ottenuto miglioramenti significativi della qualità dei prodotti e dell'efficienza della produzione.
1. Sfondo e sfide di produzione
L'impresa si occupa principalmente di ricerca e sviluppo e di produzione di emulsioni polimeriche a base d'acqua, ampiamente utilizzate nei rivestimenti, negli adesivi e in altri settori.Prima di introdurre l'emulsionante a fondo ad alta taglio, l'impresa ha adottato un tradizionale agitatore montato in cima per le operazioni di emulsificazione e miscelazione.Con l'ampliamento della produzione e il miglioramento delle esigenze del mercato per la qualità dei prodotti, le attrezzature tradizionali hanno gradualmente mostrato evidenti limitazioni, che hanno gravemente influenzato il progresso della produzione e la competitività dei prodotti.
Le principali sfide di produzione sono le seguenti:
- Emulsificazione irregolare e scarsa stabilità del prodotto: Il tradizionale agitatore montato in cima ha una forza di taglio limitata ed è difficile disperdere completamente la fase di olio, la fase di acqua e gli additivi funzionali nel sistema del materiale.L'emulsione preparata ha una grande dimensione delle particelleIl tasso di qualificazione del prodotto è solo di circa l'88%.e i prodotti difettosi causati da scarsa stabilità rappresentano oltre il 90% del totale dei prodotti difettosi.
- Sedimentazione grave dei materiali e zone morte: A causa del grande volume del bollitore di produzione (partizione di 5000 L), l'effetto di agitazione dell'agitatore montato in cima è difficile da coprire il fondo del bollitore.Una grande quantità di additivi solidi in polvere e materiali ad alta viscosità si depositano facilmente sul fondo del bollitore, formando zone morte che non possono essere mescolate, non solo causando spreco di materie prime, ma anche la consistenza dei componenti del prodotto,causando grandi differenze nelle prestazioni del prodotto tra i lotti.
- Lungo ciclo di produzione e elevato consumo energeticoPer garantire il massimo effetto di emulsione, l'impresa deve estendere il tempo di agitazione a 8-10 ore per lotto.che non solo riduce la capacità di produzione (solo 2 lotti possono essere prodotti al giorno)Il consumo energetico del agitatore per lotto raggiunge i 350 kWh, il che aumenta significativamente i costi di produzione.
- Difficile pulizia e elevati costi di manutenzione: Il tradizionale agitatore montato in cima ha una struttura complessa e l'albero e le lame di agitazione si attaccano facilmente ai materiali.che richiede molto tempo e lavoroAllo stesso tempo, a causa del grande carico dell'apparecchiatura durante il funzionamento, l'usura dei cuscinetti e delle guarnizioni è grave e la frequenza della manutenzione è alta fino a una volta ogni 2 mesi,che influisce sull'efficienza della produzione continua.
2Selezione delle attrezzature e configurazione tecnica
Dopo un'approfondita indagine sul processo di produzione e una ripetuta verifica tecnica,l'impresa ha finalmente scelto un emulsionatore a bassa pressione ad alta taglio per sostituire l'agitatore tradizionale montato in alto. l'apparecchiatura è progettata per la produzione di bollitori di grandi volumi, con la testa di lavoro installata sul fondo del bollitore,che può agire direttamente sul materiale di fondo e risolvere il problema della sedimentazione e delle zone morte dalla fonteLe principali configurazioni tecniche sono le seguenti:
- Potenza e capacità di elaborazione: L'apparecchiatura è dotata di un motore ad alta efficienza di 37 kW, adatto a una capacità di lavorazione di lotti da 3000 a 8000 litri, in piena sintonia con il bollitore di produzione da 5000 litri dell'impresa.
- Struttura rotore-statore: adozione di un gruppo rotore-statore a denti a più strati con un'apertura di accuratezza pari a 0,2-0,5 mm. La velocità del rotore può raggiungere i 2940 giri al minuto, generando una velocità lineare elevata e una forte forza di taglio,che può effettivamente rompere le goccioline e le particelle solide del materiale.
- Qualità materiale: le parti a contatto con i materiali sono realizzate in acciaio inossidabile 316L, con rugosità superficiale Ra≤0,4 μm,che soddisfa i requisiti della produzione chimica fine per la pulizia del materiale e la resistenza alla corrosione.
- Sistema di controllo: dotato di un sistema intelligente di controllo della conversione di frequenza, in grado di regolare la velocità del rotore in base ai diversi sistemi di materiali e alle esigenze del processo,e realizzare il monitoraggio in tempo reale dei parametri di funzionamento come la temperatura e lo stato di funzionamento.
- Struttura di tenuta: adozione di un doppio sigillo meccanico con funzioni di raffreddamento e di lavaggio, che impedisce efficacemente le perdite di materiale e garantisce la stabilità del funzionamento dell'apparecchiatura in fase di rotazione ad alta velocità.
Il principio fondamentale di funzionamento dell'apparecchiatura è: quando il rotore ruota ad alta velocità, si forma una forte pressione negativa nel divario di precisione tra il rotore e lo statore,che aspira il materiale inferiore e il materiale superiore insieme nella zona di taglioIl materiale è sottoposto a effetti complessivi quali forte taglio, estrusione centrifughe, attrito dello strato liquido e turbolenze nella spaziatura,in modo che le grandi particelle siano rapidamente spezzate e raffinate, e le fasi immiscibili vengono completamente disperse ed emulsionate, formando infine un sistema di emulsione uniforme e stabile.il flusso ad alta velocità generato dalla testa di lavoro inferiore guida la circolazione complessiva dei materiali nella pentola, eliminando le zone morte di agitazione ed evitando la sedimentazione del materiale.
3- Effetto dell'applicazione e confronto dei dati
Dopo l'entrata in servizio dell'emulsionatore a scorte elevata, l'impresa ha effettuato un test comparativo di un mese tra la nuova apparecchiatura e l'agitatore tradizionale.I parametri del processo di produzione sono stati mantenuti coerenti, la qualità del prodotto, l'efficienza di produzione e il consumo energetico sono stati valutati in modo completo.e i principali indicatori di performance sono stati notevolmente migliorati.
3.1 Miglioramento significativo della qualità del prodotto
La dimensione delle particelle dell'emulsione preparata con la nuova apparecchiatura è stata testata con un analizzatore laser di dimensione delle particelle.I risultati hanno mostrato che la dimensione media delle particelle del prodotto è stata ridotta da 50 μm (attrezzature tradizionali) a 2-5 μmLa prova di stabilità dell'emulsione ha mostrato che dopo 6 mesi di stoccaggio statico non vi è stata alcuna separazione o stratificazione di fase.e la stabilità del prodotto è stata significativamente migliorataIl tasso di qualificazione del prodotto è aumentato dall'88% al 98,5% e il tasso di difetti causati da problemi di emulsione è stato ridotto a meno del 5%.
Inoltre, la consistenza dei componenti del prodotto è stata significativamente migliorata.I dati di rilevazione di indicatori funzionali quali la viscosità e il tenore di solidi dei prodotti in vari lotti hanno mostrato che il coefficiente di variazione (CV) è stato ridotto da 8 a0,2% all'1,5%, il che ha garantito efficacemente l'uniformità delle prestazioni dei prodotti tra i lotti.
3.2 Un notevole miglioramento dell'efficienza della produzione
A causa dell'elevata efficienza di taglio dell'apparecchiatura, il tempo di emulsione per lotto è stato ridotto da 8-10 ore a 3-4 ore, con una riduzione del 62,5%.La capacità produttiva giornaliera è passata da 2 lotti a 5 lotti, e la produzione mensile è aumentata del 150% senza ampliare il sito di produzione e aumentare il numero di operatori.il tempo di pulizia dopo ogni lotto è stato ridotto da 2-3 ore a 40 minuti, che ha ulteriormente migliorato la capacità di produzione continua dell'apparecchiatura.
3.3 Riduzione significativa del consumo di energia e dei costi di manutenzione
Sebbene la potenza dell'emulsionatore a scarto elevato sia di 37 kW, leggermente superiore a quella dell'agitatore tradizionale (30 kW),la riduzione significativa del tempo di lavoro riduce il consumo di energia per lotto da 350 kWh a 148 kWhIl costo annuo dell'energia può essere risparmiato di oltre 180.000 yuan.
In termini di manutenzione, la doppia struttura di sigillo meccanico e la scelta di materiali di alta qualità riducono l'usura dei componenti dell'apparecchiatura.La frequenza di manutenzione è ridotta da una volta ogni 2 mesi a una volta ogni 8 mesiL'apparecchiatura ha funzionato in modo stabile per 6 mesi dopo la messa in servizio, senza interruzione di errore, garantendo la continuità della produzione.
3.4 Eliminazione della sedimentazione e riduzione dei rifiuti
La testa di lavoro montata sul fondo dell'apparecchiatura può mescolare completamente il materiale del fondo, eliminando completamente la zona morta di mescolazione sul fondo del bollitore.Risolto il problema della sedimentazione degli additivi solidi e dei materiali ad alta viscositàIl tasso di utilizzazione delle materie prime è aumentato dal 92% al 99,2%, riducendo di oltre 8 tonnellate l'inquinamento annuale delle materie prime, riducendo ulteriormente i costi di produzione.
4Riassunto e esperienza
Per l'impresa di chimica fine, l'applicazione dell'emulsionante a scorte elevata non solo ha risolto i problemi di produzione di lunga data, come l'emulsificazione irregolare, ma ha anche contribuito a ridurre la produzione di emulsionanti di base.sedimentazione del materiale e bassa efficienzaL'esperienza di successo dimostra che, per i grandi volumi, il consumo di carburante è aumentato di circa il 50% nel 1995 e che il consumo di carburante è aumentato di circa il 50%.processi di emulsione di materiali ad alta viscosità e in più fasi, l'emulsificatore ad alto taglio di fondo ha evidenti vantaggi che le attrezzature di miscelazione tradizionali non possono eguagliare:
In primo luogo, il progetto montato sul fondo può agire direttamente sul materiale del fondo, eliminare le zone morte di agitazione ed evitare la sedimentazione del materiale, garantendo l'uniformità dell'intero sistema di materiale.In secondo luogo, l'assemblaggio rotore-statore ad alta velocità genera una forte forza di taglio, che può raffinare rapidamente le particelle e migliorare la stabilità dell'emulsione.il controllo intelligente e la progettazione ottimizzata della struttura riducono il consumo di energia e i costi di manutenzione, e migliorare l'efficienza della produzione.
Attualmente, l'impresa ha promosso l'emulsionante ad ingresso di fondo ad alto taglio su tutte le sue linee di produzione da 5000L e 8000L e ha ottenuto buoni benefici economici e sociali.Esso fornisce un valido riferimento per le imprese simili nell'industria chimica fine per risolvere i problemi del processo di emulsificazione e realizzare l'ammodernamento industriale..
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