사례 연구: 첨단 에뮬시션 장비로 산업 에뮬션 생산 효율성과 품질을 향상
산업 제조 풍경에서 에뮬션 제품은 건축 코팅, 산업 접착제, 섬유 보조제,그리고 식품 가공산업용 에뮬션의 품질은 방울 크기의 분포, 단계 안정성 및 구성 요소의 균일성으로 특징이며 최종 제품의 성능을 직접적으로 결정합니다. 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, 장비 선택, 프로세스 최적화 및 운영 준수 및 확장성을 손상시키지 않고 달성 된 가시적인 결과를 상세히 설명합니다.
1배경 및 핵심 프로세스 도전
물 기반의 건축 코팅 에뮬션의 생산 과정은 두 가지 혼합되지 않는 단계를 포함했습니다. 아크릴 모노머, 합성 물질,그리고 수분 혐오성 변조제, 그리고 소금화 된 물, 에뮬레이터, 시작 및 pH 조절기를 포함하는 수분 단계. 새로운 에뮬레이션 장비가 채택되기 전에,전통적인 앵커형 혼합 탱크에 의존하는 제조 과정, 생산 용량과 제품 경쟁력을 제한하는 네 가지 중요한 과제를 초래했습니다:
첫째, 기름 단계의 모노머의 불충분성. 기름 단계의 아크릴 모노머는 고 점도와 낮은 수분성이 있었다.모노머는 완전히 분해 될 수없는 큰 방울이나 집적물을 형성하는 경향이있었습니다.이 분산되지 않은 입자는 최종 발효액에 남아있어 코팅 필름에 "어리 눈" (보기에 단단한 입자) 가 발생하여 필름의 부드러움과 내구성에 심각한 영향을 미쳤습니다.
두 번째, 불일치한 방울 크기 분포. 앵커 타입 조동기에 의해 생성되는 낮은 절단 힘은 두 단계의 균일 분산을 달성하지 못했습니다.품질 테스트 데이터는 에뮬션의 방울 크기 D90 (방울의 90%가 더 작은 크기) 가 15μm에서 30μm 사이로 변동한다는 것을 보여주었습니다.이 불일치로 인해 에뮬션의 점성과 안정성이 크게 변했습니다.일부 롯데는 보관 후 7일 이내에 기름 분리를 나타냈으며 다른 롯데는 적용을 방해하는 과도한 점착성을 나타냈습니다..
셋째, 생산 효율이 낮고 에너지 소비가 높습니다.전통적인 프로세스는 긴 섞기 시간을 요구했습니다. 5 톤 팩마다 에뮬레이션이 완료되는 데 약 6 시간이 걸렸습니다.확장 된 운영은 생산 처리량을 줄일뿐만 아니라 혼합 시스템이 한 팩 당 평균 120 kWh를 소비하는 에너지 소비도 증가했습니다.중간 제품의 낮은 안정성으로 인해 자격률은 82%에 불과했습니다., 원자재와 인력 비용의 상당한 낭비로 이어집니다.
넷째, 생산 규모를 확대하는 데 어려움이 있습니다. 전통적인 팩 혼합 과정은 공급 속도와 혼합 강도를 제어하기 위해 수동 조작에 크게 의존했습니다.실험실 규모 (50L) 에서 산업용 규모 (5톤) 의 생산으로 확장 할 때, 프로세스 매개 변수는 정확하게 복제하기가 어려웠고, 파일럿과 대량 생산 대량 생산 대량 생산 대량 생산 대량 생산 대량 생산 대량 생산 대량 생산 대량 생산이 확장성 문제는 시장 수요 증가에 대응하기 위해 생산 용량의 확대를 제한했습니다..
또한 생산 과정은 산업 안전 및 환경 표준을 준수해야하며 장비가 부식 저항성 재료로 만들어져야합니다.monomer 휘발성을 방지하기 위한 효과적인 밀폐 시스템으로 장착, 그리고 작업 위생을 보장하기 위해 CIP 시스템과 호환됩니다.
2장비 선택 및 프로세스 최적화
프로세스 요구 사항, 제품 사양 및 확장성 요구 사항에 대한 포괄적 인 평가 후, 다단계 산업용 발효 시스템이 선택되었습니다.선분산 믹서기와 파이프 라인형 고 절단 에뮬레이터로 구성되어 있으며장비 선택은 절단 효율을 향상시키고 프로세스 제어성을 보장하고 원활한 확장을 촉진하는 원칙에 의해 안내되었습니다.수분 기반 아크릴 에뮬션의 특성에 맞춘 주요 기술 특징:
1전분산 믹서: 고속 회전 스펠러와 거동 발생 배프로 장착이 믹서는 1차 발효 전에 기름 단계에서 큰 집적물을 분해하도록 설계되었습니다.316L 스테인리스 스틸로 만들어졌으며, 재료의 접착을 방지하기 위해 Ra ≤ 0.4 μm의 표면 거칠성으로 부드러운 내부 벽을 특징으로했습니다.믹서의 변주 주파수 드라이브 (VFD) 는 회전 속도를 500 rpm에서 3000 rpm 사이 조정 할 수있었습니다., 기름 단계의 점착성을 기반으로 분산 강도를 정확하게 제어 할 수 있습니다.
2파이프 라인 타입 고 절단 에뮬레이터: 핵심 장비로서, 그것은 로터와 스테터 사이의 최소 0.05 mm의 간격을 가진 3 단계 로터-스테터 구조를 채택했습니다.이 설계는 강렬한 절단력을 발생 (위 10 ^ 6 s ^ -1까지), 캐비테이션 및 충격 효과는 방울 크기를 더욱 정제합니다. 에뮬레이터의 흐름 속도는 8 m3/h까지 도달하여 지속적인 온라인 에뮬레이션과 순환을 지원합니다.또한 회전 속도와 같은 주요 매개 변수를 추적하기 위해 실시간 모니터링 시스템과 통합되었습니다., 압력 및 온도, 프로세스 추적성을 위한 데이터 로깅 기능. 장비의 밀폐 설계 (냉각 시스템과 기계 밀폐) 는 모노머 휘발성을 방지했습니다.환경 및 안전 요구사항을 충족.
새로운 장비에 기반하여 생산 프로세스는 일관성과 효율성을 보장하기 위해 네 가지 주요 단계로 최적화되었습니다.
1분산 전 단계: 오일 단계 물질 (아크릴 모노머, 합성 물질, 수분 혐오성 변형 물질) 이 분산 전 믹서에 추가되었습니다.그리고 펄러는 2500 rpm에서 활성화되어 고 격동 흐름 필드를 생성했습니다.이 과정은 초기 집적물을 분해하여 30 분 이내에 균일하고 낮은 점도성 기름 단계를 형성하여 출처에서 "어리 눈" 형성을 제거합니다.
2통제 된 공급 단계: 미리 분산 된 기름 단계와 수분 단계 (이온화 된 물, 발정제, 발원제) 는 고정 된 부피 비율로 파이프 라인 유형의 발정제로 펌프되었습니다.3) 측정 펌프공급 속도는 VFD 시스템으로 정밀하게 제어되어 안정적인 비율을 보장하여 재료 구성의 급격한 변화로 인한 단계 역전을 피합니다.
3다주기 에뮬러션 단계: 처음에는 에뮬러션 된 혼합물을 파이프 라인 유형의 에뮬러셔너를 통해 2-3 주기로 순환시켰으며 각 주기는 약 45 분 동안 지속되었습니다.3단계 로터-스타터 구조는 매 순환 도중 점진적으로 방울 크기가 정제 될 수 있도록 했다, 그리고 실시간 모니터링 시스템은 압력 피드백을 기반으로 회전 속도를 (2000-4000 rpm) 조정하여 최적의 절단 강도를 유지합니다.
4에뮬레이션 후 안정화 단계: 다주기 에뮬레이션을 완료 한 후 에뮬레이션은 후처리를 위해 보유 탱크로 옮겨졌습니다 (pH 조정, 비공화).보유 탱크는 정제 된 방울을 손상시키지 않고 균일성을 유지하기 위해 낮은 속도 혼합기로 장착되었습니다.전체 프로세스는 반 자동화되어 파라미터 확인을 위해 최소한의 수동 개입이 필요합니다.
3시행 결과 및 성과 검증
첨단 에뮬레이션 시스템과 최적화된 프로세스를 도입한 후,지속적인 생산 데이터 (6 개월 동안 수집) 및 제 3 자 품질 테스트는 제품 품질의 상당한 향상을 확인했습니다., 생산 효율성 및 확장성. 주요 결과는 다음과 같습니다.
제품 품질 향상: 에뮬션의 방울 크기 분포가 크게 정제되고 안정되었습니다.시험 결과는 에뮬션의 D90이 6μm에서 9μm 사이에 지속적으로 제어된다는 것을 보여주었습니다.산업의 높은 성능 기준을 충족합니다. 최종 코팅 필름의 "어리 눈" 결함 비율은 15%에서 1% 미만으로 감소했습니다.안정성 테스트는 에뮬션이 기름 분리를 보여주지 않았음을 나타냈습니다., 퇴적 또는 점착성 변동 30 일 50 ° C에서 저장 후 (가속 노화 테스트) 및 유통 기간은 6 개월에서 12 개월로 연장되었습니다.구성 요소 분포의 균일성이 향상되었습니다., 다른 샘플에서 아크릴 모노머 함량의 상대 표준 편차 (RSD) 가 4.1%에서 0.9%로 감소했습니다.
생산 효율성 및 비용 절감: 5 톤 당 전체 처리 시간은 6 시간에서 2 시간으로 줄여 생산 효율성이 66.7% 증가했습니다.생산 능력은 하루 20 톤에서 50 톤으로 증가했습니다., 시장 수요를 효과적으로 충족시킵니다. 일당 에너지 소비는 120kWh에서 55kWh로 감소하여 에너지 비용의 54.2% 감소했습니다. 제품 자격률은 82%에서 99%로 증가했습니다.원자재 낭비를 최소화하고 생산 비용을 약 28% 줄이는 것.
확장성 및 프로세스 컴플라이언스: 반자동 제어 시스템은 프로세스 매개 변수 (보급 비율, 회전 속도,온도) 는 다양한 생산 규모 (50L 파일럿에서 5톤 산업 팩까지) 에서 정확하게 복제 될 수 있습니다., 평형 사이의 품질 차이를 제거. 316L 스테인레스 스틸 구조와 장비의 CIP 호환성청소 시간을 40% 줄이고 산업 위생 표준을 준수하도록 보장합니다기계적 밀폐 및 배기가스 처리 시스템은 환경 배출 요구 사항을 충족하여 모노머 휘발성을 방지했습니다.
장비 신뢰성: 6 개월 연속 작동 동안, 발효 시스템은 계획되지 않은 정지 시간없이 안정적인 성능을 유지했습니다.유지보수 주기는 한 달에 한 번 (전통 장비) 에서 6 개월에 한 번으로 늘렸습니다., 유지보수 비용을 75% 줄입니다. 장비의 모듈형 설계는 또한 유지보수 시간과 운영 장애를 최소화하여 마모 부품 (예를 들어, 로터, 스테터) 을 쉽게 교체 할 수 있습니다.
4주요 통찰력 및 결론
이 사례 연구는 첨단 산업용 에뮬러션 장비와 최적화된 프로세스 설계가 결합되면전통적인 에뮬션 생산의 핵심 과제를 효과적으로 해결할 수 있습니다, 일관성 없는 품질, 낮은 효율성 및 확장성 문제.
첫째, 사전분산은 고품질의 발효의 중요한 전초자입니다. 고위 viskosity 오일 단계 물질의 표적 사전분산은 초기 단계에서 집적물을 제거합니다.후속 에뮬시화 단계에 대한 부하를 줄이고 전체 프로세스 효율성을 향상시킵니다.둘째, 실시간 모니터링과 함께 다단계 고 절단 에뮬레이션으로 방울 크기의 분포를 정확하게 제어 할 수 있습니다.에뮬션 안정성 및 최종 제품의 성능을 향상시키는 열쇠입니다.셋째, 반자동화 및 확장 가능한 장비 설계는 산업 생산에 필수적이며, 규모에 따라 매개 변수를 일관되게 복제 할 수 있으며 수동 조작에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다.
결론적으로, 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 stable이 구현은 에뮬션 생산 라인을 업그레이드하려는 산업 제조업체에게 귀중한 참조를 제공합니다.운전 품질 향상에 첨단 장비의 역할을 강조산업용 에뮬션 제조의 효율성 향상 및 비용 절감
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