ケーススタディ:先進的なエムルジ化装置により工業エムルジーの生産効率と品質を向上させる
産業製造の分野では,エミュルション製品は建築用コーティング,工業用アレッシブ,繊維補助材,食品加工工業用乳液の質は,滴の大きさ分布,相安定性,成分均一性によって特徴づけられ,最終製品の性能を直接決定する. 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設備の選択,プロセスの最適化,および運用の適合性と拡張性を損なうことなく達成された具体的な成果を詳細に示します.
1背景と基本プロセスにおける課題
水性建築用塗料エミュルションの製造過程は,混ぜられない2つの段階を伴う.水素抵抗性変容剤新しいエミュルジケーション機器の導入前には,伝統的なアンカー型混ぜたタンクによる製造プロセス生産能力と製品の競争力を制限する4つの重大な課題をもたらしました.
まず,油相モノマーの分散が不十分である. 油相のアクリルモノマーは粘度が高く,湿度が低い.モノメアは完全に分解できない大きな滴や集積物を形成する傾向がありましたこれらの分散していない粒子は最終乳液に残り,コーティングフィルムに"魚の目" (目に見える固体粒子) が形成され,フィルムの滑らかさと耐久性に深刻な影響を与えた.
2つ目は,滴滴の大きさの分布が不一致である.アンカー型乱す機によって生成された低い切断力は,2つの相の均一な分散を達成できなかった.質試験のデータによると,エミュルシオンの滴滴サイズD90 (滴滴の90%が小さいサイズ) は15μmから30μmの間を変動しています.この不一致性により,乳液の粘度と安定性が大きく変化しました.貯蔵後7日以内に油分離が示され,使用を妨げる過度の粘度が示され,.
3つ目は 低生産効率と高エネルギー消費です伝統的なプロセスでは,長時間混ぜる必要があり,5トンの各バッチは,エミュルジ化が完了するまで約6時間かかった.拡張作業により,生産量だけでなく,エネルギー消費も増加し,混ぜ合わせシステムは1回あたり平均120kWhを消費しました.中間製品の安定性が悪いため,合格率は82%だった.原材料と労働コストの大量廃棄を招く.
第4に,生産拡大の難しさ.従来のバッチ混ぜ処理は,手動操作を大きく頼りに,供給速度と混ぜの強度を制御していました.実験用 (50L) から工業用 (5トン) 生産に拡大する際実験用品と量産用品の質が大きく異なっていたため,プロセスのパラメータを正確に複製することは困難でした.このスケーラビリティ問題は,市場需要の増大に対応するための生産能力の拡大を制限しました.
さらに,製造プロセスは,産業安全と環境基準を遵守する必要があり,機器は耐腐食材料で作られる必要があります.モノメアの揮発を防止する効果的な密封システムで装備されている操作衛生を保証するために,CIP (Clean-in-place) システムに対応します.
2設備の選択とプロセスの最適化
プロセス要件,製品仕様,スケーラビリティの必要性を包括的に評価した後,多段階産業用乳化システムが選択されました.前分散ミキサーとパイプライン型高切断エミュルファイヤーから成る切断効率を向上させ,プロセス制御性を確保し,シームレスなスケールアップを容易にするという原則によって機器の選択が導かれた.水性アクリル乳液の特性に合わせた主要な技術特性:
1前分散ミキサー:高速回転回転機と渦巻き発生バフルで装備されている.このミキサーは,原発性エミュルジ化前に油相で大きなアグロメラットを分解するように設計されています.316Lステンレス鋼で作られ,材料の粘着を防ぐために表面粗さRa ≤ 0.4μmの滑らかな内壁を特徴としています.ミキサーの変数周波数駆動 (VFD) は,回転速度を500rpmから3000rpmの間調整することを可能にしました.油相の粘度に基づいて分散強度を正確に制御することができます.
2パイプライン型高切断エムルジファイヤー:コア機器として,ローターとステータ間の最小0.05mmのギャップを持つ3段階のローター-ステータ構造を採用しました.この設計により,強烈な切断力 (最大10^6s^-1) が発生した.エムルジファイヤの流れ速度は8m3/hに達し,連続的なオンラインエムルジファイヤと循環をサポートします.また,回転速度などの重要なパラメータを追跡するためにリアルタイムモニタリングシステムと統合されました装置のシール設計 (冷却システム付き機械シール) は,モノメアの揮発を防止した.環境と安全要件を満たす.
生産プロセスは,新しい設備に基づいて,一貫性と効率性を確保するために4つの主要な段階に分けられました.
1分散前段階:油相材料 (アクリルモノマー,凝縮剤,水害抑制剤) を分散前ミキサーに追加した.そしてプロペラーは2500rpmで活性化され,高渦巻流域を作成しましたこの過程で初期アグロメラットは分解され,30分以内に均質で低粘度な油相が形成され,発生源の"魚の目"形成は排除される.
2制御された給餌段階:前分散した油相と水相 (消離水,乳化剤,開始剤) を固定体積比でパイプライン型乳化剤にポンプした (1:3) 計量ポンプによる材料組成の突然変化によって引き起こされる相反を回避し,安定した比率を確保するために,給餌速度はVFDシステムによって正確に制御されました.
3複数のサイクルエミュルゼーション段階:最初にエミュルゼーションされた混合物は,パイプライン型エミュルゼーションで2-3サイクル循環し,各サイクルは約45分続いた.3 段階 の ローター - ステータ 構造 は,各 循環 の 間 に 滴 の 大きさ が 徐々に 精製 さ れ て いる こと を 保証 し まし たリアルタイムモニタリングシステムは,圧力のフィードバックに基づいて回転速度 (2000~4000rpm) を調整し,最適な切断強度を維持しました.
4エムルシフィケーション後の安定化段階: 多サイクルエムルシフィケーションが完了した後,エムルシオンは後処理 (pH調整,発泡除去) のために保持タンクに移された.精製ドロップルに損傷を与えずに均質性を維持するために,保持タンクに低速のミラーが装備されていましたパラメータの確認に 手作業の最小限の介入が必要でした
3実施成果と実績検証
先進的な乳化システムと最適化されたプロセスが導入された後継続的な生産データ (6ヶ月間にわたって収集された) と第三者の品質試験により,製品の品質の著しい改善が確認されました生産効率とスケーラビリティを向上させる.
製品の品質向上: 乳液の滴粒の大きさの分布は著しく精製され安定しました.試験結果は,エミュルシオンのD90が6μmから9μmの間を一貫して制御されたことを示しました最終的なコーティングフィルムの"魚の目"の欠陥率は15%から1%未満に減少しました.安定性試験では,エミュルシオンに油分離がないことが示された.50°C (加速老化試験) の 30 日間の保存後,保存期間が 6 か月から 12 か月まで延長されました.構成要素の分布の均一性が改善されました異なるサンプルにおけるアクリルモノマー含有量の相対標準偏差 (RSD) が 4.1% から 0.9% に減少した.
生産効率とコスト削減: 5トンの各批量に対する総加工時間が 6 時間から 2 時間に短縮され,生産効率が 66.7%向上しました.生産能力は日20トンから50トンに拡大電力消費量は120kWhから55kWhに削減され,エネルギーコストは54.2%削減されました.製品の合格率は82%から99%に増加しました.原材料の廃棄物を最小限に抑え,生産コストを約28%削減.
半自動制御システムにより,プロセスパラメータ (給餌比,回転速度,温度) は,異なる生産スケール (50Lのパイロットから5トンの産業用バッチまで) で正確に複製できます.316Lステンレス鋼の構造と設備のCIP互換性により,清掃手順が簡素化されました.清掃時間を40%短縮し,産業衛生基準の遵守を保証する機械的な密封と排気処理システムは,環境排出基準を満たす,モノメアの揮発を防止しました.
設備の信頼性: 6 か月の連続運転中,エミュルジケーションシステムは計画外のダウンタイムなしで安定した性能を維持しました.保守サイクルは1ヶ月ごとに1回 (従来の機器) から6ヶ月ごとに1回に延長されました装置のモジュール式設計により,耐磨部品 (例えば,ローター,ステータ) の交換も容易になり,保守時間や運用中断を最小限に抑えることができました.
4主要な洞察と結論
このケーススタディは,先進的な産業用エミュルジ化装置と最適化されたプロセス設計が組み合わせると,伝統的なエミュルション生産の主要な課題を効果的に解決できるこの実施の成功は3つの重要な洞察に基づいています.
まず,前分散は高品質のエミュルジ化の重要な前駆物である.高粘度油相材料の有望な前分散は,早期段階からアグロメラットを排除する.以後のエミュルジ化段階の負荷を軽減し,全体的なプロセス効率を向上させる2つ目は,リアルタイムモニタリングによる多段階高切断エムルジ化により,滴粒のサイズ分布を正確に制御できます.乳液の安定性と最終製品の性能を向上させる鍵である第三に,半自動化およびスケーラブルな機器設計は工業生産にとって不可欠であり,スケールを超えたパラメータの一貫した複製を可能にし,手動操作への依存を軽減します.
結論として 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 stable効率的でスケーラブルな生産プロセスです.この実装は,エミュルション生産ラインをアップグレードしようとする産業メーカーにとって貴重な参照を提供します.運転品質向上における先進機器の役割を強調する産業用乳液製造における効率の向上とコスト削減
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