사례 연구: 고전단 하단 투입 유화기는 정밀 화학 공정에서 생산 효율성과 제품 품질을 향상시킵니다.
정밀 화학 생산 분야에서 유화 공정은 제품 품질, 안정성 및 생산 효율성을 직접적으로 결정하는 핵심 연결 고리입니다. 고분자 에멀젼 및 복합 재료 생산에 종사하는 기업의 경우, 혼합되지 않는 상의 균일한 분산, 재료 침전 제거 및 제품 불량률 감소는 항상 생산 공정의 주요 과제였습니다. 이 사례 연구에서는 정밀 화학 기업이 고전단 하단 투입 유화기를 적용하여 오랫동안 지속되어 온 생산 문제점을 성공적으로 해결하고 제품 품질과 생산 효율성을 크게 향상시킨 방법을 소개합니다.
1. 배경 및 생산 과제
이 기업은 주로 코팅, 접착제 및 기타 분야에서 널리 사용되는 수성 고분자 에멀젼의 연구 개발 및 생산에 종사하고 있습니다. 고전단 하단 투입 유화기를 도입하기 전에 이 기업은 유화 및 혼합 작업에 전통적인 상단 장착 교반기를 사용했습니다. 생산 규모가 확대되고 제품 품질에 대한 시장 요구 사항이 개선됨에 따라 전통적인 장비는 점차적으로 명백한 한계를 드러내어 생산 진행 상황과 제품 경쟁력에 심각한 영향을 미쳤습니다.
주요 생산 과제는 다음과 같습니다.
- 불균일한 유화 및 낮은 제품 안정성: 전통적인 상단 장착 교반기는 전단력이 제한적이어서 재료 시스템에서 오일 상, 수성 상 및 기능성 첨가제를 완전히 분산시키기 어렵습니다. 제조된 에멀젼은 입자 크기가 크고 분포 범위가 넓으며 보관 중에 상 분리 및 층화가 쉽습니다. 제품 합격률은 약 88%에 불과하며, 낮은 안정성으로 인한 불량품은 전체 불량품의 90% 이상을 차지합니다.
- 심각한 재료 침전 및 데드 존: 생산 용기(5000L 배치)의 부피가 크기 때문에 상단 장착 교반기의 교반 효과가 용기 바닥을 덮기 어렵습니다. 다량의 고체 분말 첨가제와 고점도 재료가 용기 바닥에 쉽게 침전되어 교반할 수 없는 데드 존을 형성합니다. 이는 원자재 낭비를 유발할 뿐만 아니라 제품 구성 요소의 일관성에 영향을 미쳐 배치 간 제품 성능에 큰 차이를 초래합니다.
- 긴 생산 주기 및 높은 에너지 소비: 가능한 한 유화 효과를 보장하기 위해 기업은 배치당 교반 시간을 8-10시간으로 연장해야 하며, 이는 생산 능력(하루에 2개 배치만 생산 가능)을 감소시킬 뿐만 아니라 높은 에너지 소비로 이어집니다. 배치당 교반기의 전력 소비량은 350kWh에 달하여 생산 비용을 크게 증가시킵니다.
- 어려운 세척 및 높은 유지 보수 비용: 전통적인 상단 장착 교반기는 구조가 복잡하고 교반 샤프트와 블레이드에 재료가 쉽게 부착됩니다. 각 배치 후 세척 작업은 2-3시간이 소요되어 시간과 노력이 많이 소요됩니다. 동시에 작동 중 장비의 부하가 커서 베어링과 씰의 마모가 심하고 유지 보수 빈도가 2개월에 한 번으로 높아 지속적인 생산 효율성에 영향을 미칩니다.
2. 장비 선택 및 기술 구성
생산 공정에 대한 심층적인 조사와 반복적인 기술 검증을 거쳐 기업은 마침내 전통적인 상단 장착 교반기를 대체하기 위해 고전단 하단 투입 유화기를 선택했습니다. 이 장비는 대용량 용기 생산을 위해 설계되었으며, 작업 헤드가 용기 바닥에 설치되어 바닥 재료에 직접 작용하여 침전 및 데드 존 문제를 근본적으로 해결할 수 있습니다. 주요 기술 구성은 다음과 같습니다.
- 전력 및 처리 능력: 이 장비에는 37kW 고효율 모터가 장착되어 있으며 3000-8000L 배치 처리 능력에 적합하여 기업의 5000L 생산 용기에 완벽하게 일치합니다.
- 로터-스테이터 구조: 0.2-0.5mm의 정밀 적합 간격을 가진 다층 톱니 로터-스테이터 어셈블리를 채택합니다. 로터 속도는 2940rpm에 도달하여 높은 선형 속도와 강력한 전단력을 생성하여 재료 방울과 고체 입자를 효과적으로 파괴할 수 있습니다.
- 재료 품질: 재료와 접촉하는 부품은 316L 스테인리스 스틸로 제작되었으며 표면 거칠기 Ra≤0.4μm로 정밀 화학 생산의 재료 청결도 및 내식성 요구 사항을 충족합니다.
- 제어 시스템: 다양한 재료 시스템 및 공정 요구 사항에 따라 로터 속도를 조정하고 온도 및 작동 상태와 같은 작동 매개변수를 실시간으로 모니터링할 수 있는 지능형 주파수 변환 제어 시스템이 장착되어 있습니다.
- 밀봉 구조: 냉각 및 세척 기능이 있는 이중 기계적 씰 설계를 채택하여 재료 누출을 효과적으로 방지하고 고속 회전 시 장비 작동의 안정성을 보장합니다.
장비의 핵심 작동 원리는 다음과 같습니다. 로터가 고속으로 회전하면 로터와 스테이터 사이의 정밀 간격에 강력한 부압이 형성되어 바닥 재료와 상부 재료를 함께 전단 영역으로 흡입합니다. 재료는 강력한 전단, 원심 압출, 액체층 마찰 및 간극 내 난류와 같은 포괄적인 영향을 받아 큰 입자가 빠르게 파괴되고 정제되며 혼합되지 않는 상이 완전히 분산되고 유화되어 최종적으로 균일하고 안정적인 에멀젼 시스템을 형성합니다. 동시에 하단 작업 헤드에서 생성된 고속 흐름은 용기 내 재료의 전체적인 순환을 구동하여 교반 데드 존을 제거하고 재료 침전을 방지합니다.
3. 적용 효과 및 데이터 비교
고전단 하단 투입 유화기가 사용된 후 기업은 새로운 장비와 전통적인 교반기 간의 한 달간의 비교 테스트를 수행했습니다. 생산 공정 매개변수를 일관되게 유지하고 제품 품질, 생산 효율성 및 에너지 소비를 종합적으로 평가했습니다. 적용 효과는 예상보다 훨씬 좋았으며 주요 성능 지표가 크게 개선되었습니다.
3.1 제품 품질의 현저한 개선
새로운 장비로 제조된 에멀젼의 입자 크기는 레이저 입자 크기 분석기로 테스트했습니다. 결과에 따르면 제품의 평균 입자 크기는 50μm(전통적인 장비)에서 2-5μm로 감소했으며 입자 크기 분포 범위는 70% 좁아졌습니다. 에멀젼 안정성 테스트 결과 6개월간의 정적 보관 후 상 분리 또는 층화가 없었으며 제품 안정성이 현저하게 개선되었습니다. 제품 합격률은 88%에서 98.5%로 증가했으며 유화 문제로 인한 불량률은 5% 미만으로 감소했습니다.
또한 제품 구성 요소의 일관성이 크게 개선되었습니다. 서로 다른 배치에서 제품의 점도 및 고형분 함량과 같은 기능적 지표의 감지 데이터에 따르면 변동 계수(CV)가 8.2%에서 1.5%로 감소하여 배치 간 제품 성능의 균일성을 효과적으로 보장했습니다.
3.2 생산 효율성 대폭 향상
장비의 강력한 전단 효율성으로 인해 배치당 유화 시간이 8-10시간에서 3-4시간으로 단축되어 62.5% 감소했습니다. 일일 생산 능력은 2개 배치에서 5개 배치로 증가했으며 생산 현장을 확장하고 작업자 수를 늘리지 않고도 월간 생산량이 150% 증가했습니다. 동시에 각 배치 후 세척 시간은 2-3시간에서 40분으로 단축되어 장비의 지속적인 생산 능력이 더욱 향상되었습니다.
3.3 에너지 소비 및 유지 보수 비용의 현저한 감소
고전단 하단 투입 유화기의 전력은 전통적인 교반기(30kW)보다 약간 높은 37kW이지만 작업 시간이 크게 단축되어 배치당 전력 소비량이 350kWh에서 148kWh로 감소하여 57.7% 감소했습니다. 연간 에너지 비용은 180,000위안 이상 절약할 수 있습니다.
유지 보수 측면에서 이중 기계적 씰 구조와 고품질 재료 선택은 장비 부품의 마모를 줄입니다. 유지 보수 빈도는 2개월에 한 번에서 8개월에 한 번으로 줄어들고 연간 유지 보수 비용은 65% 감소합니다. 장비는 사용 후 6개월 동안 안정적으로 작동하여 고장 중단 없이 생산의 연속성을 보장합니다.
3.4 재료 침전 제거 및 폐기물 감소
장비의 하단 장착 작업 헤드는 바닥 재료를 완전히 교반하여 용기 바닥의 교반 데드 존을 완전히 제거할 수 있습니다. 고체 첨가제 및 고점도 재료의 침전 문제가 해결되었으며 원자재 활용률이 92%에서 99.2%로 증가했습니다. 연간 원자재 폐기물은 8톤 이상 감소하여 생산 비용을 더욱 절감합니다.
4. 요약 및 경험
정밀 화학 기업의 경우, 고전단 하단 투입 유화기의 적용은 불균일한 유화, 재료 침전 및 낮은 효율성과 같은 오랫동안 지속되어 온 생산 문제점을 해결했을 뿐만 아니라 제품 품질, 생산 효율성 및 비용 관리에서 포괄적인 개선을 달성했습니다. 성공적인 경험은 대용량, 고점도 및 다상 재료 유화 공정의 경우 고전단 하단 투입 유화기가 전통적인 혼합 장비가 따라올 수 없는 명백한 이점을 가지고 있음을 보여줍니다.
첫째, 하단 장착 설계는 바닥 재료에 직접 작용하여 교반 데드 존을 제거하고 재료 침전을 방지하여 전체 재료 시스템의 균일성을 보장할 수 있습니다. 둘째, 고속 로터-스테이터 어셈블리는 강력한 전단력을 생성하여 입자를 빠르게 정제하고 에멀젼의 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 셋째, 지능형 제어 및 최적화된 구조 설계는 에너지 소비 및 유지 보수 비용을 줄이고 생산 효율성을 향상시킵니다.
현재 이 기업은 고전단 하단 투입 유화기를 모든 5000L 및 8000L 생산 라인으로 확대했으며 좋은 경제적 및 사회적 이점을 달성했습니다. 이는 정밀 화학 산업의 유사한 기업이 유화 공정 문제를 해결하고 산업 업그레이드를 실현하는 데 귀중한 참고 자료를 제공합니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!