Zastosowanie dyspergatora dużej prędkości i emulgatora wysokiego ścinania
W procesie produkcji produktów płynnych i półstałych o wieloskładnikowych i wysokolepkich właściwościach, połączenie dyspergatorów dużej prędkości i emulgatorów wysokiego ścinania odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu jednorodności materiału, jego rozdrobnienia i stabilności produktu. Zakład produkcyjny zajmujący się przetwarzaniem złożonych materiałów mieszanych napotkał kiedyś uporczywe wąskie gardła w zakresie dyspersji i emulgowania materiałów, co prowadziło do niestabilnej jakości produktu i niskiej wydajności produkcji. Po wprowadzeniu połączonego systemu dyspergatorów dużej prędkości i emulgatorów wysokiego ścinania, zakład z powodzeniem rozwiązał te problemy, osiągając znaczne ulepszenia w zakresie wydajności produkcji i spójności produktu.
Tło i istniejące wyzwania
Zakład przetwarza głównie materiały mieszane zawierające stałe proszki, fazy olejowe i fazy wodne, z wymaganą dzienną zdolnością produkcyjną od 180 do 250 ton. Linia produkcyjna pracuje na trzy zmiany, z których każda trwa nieprzerwanie 8 godzin. Przed modernizacją sprzętu zakład polegał na pojedynczym tradycyjnym urządzeniu mieszającym, aby zakończyć zarówno procesy dyspersji, jak i emulgowania, co skutkowało następującymi istotnymi problemami:
- Niewystarczający efekt dyspersji ciał stałych w cieczy: Tradycyjny sprzęt mieszający nie mógł skutecznie rozbić aglomerowanych cząstek stałych proszku (początkowa wielkość cząstek 50-100 μm) w systemie materiałowym. Po zmieszaniu pozostała duża liczba drobnych aglomeratów, co prowadziło do nierównomiernego składu materiału. Podczas późniejszego przetwarzania te aglomeraty powodowałyby blokady w rurociągach i dyszach, co skutkowało nieplanowanymi przestojami w produkcji średnio 2-3 razy w tygodniu.
- Słaba stabilność emulgowania: Sprzęt nie posiadał wystarczającej siły ścinającej, aby zrealizować pełne połączenie fazy olejowej i wodnej. Gotowy produkt często wykazywał zjawiska warstwowania lub rozwarstwiania po 15-20 dniach przechowywania, a wskaźnik separacji oleju i wody sięgał 12-15%. Miało to wpływ nie tylko na użyteczność produktu, ale także zwiększało koszty przeróbek i utylizacji odpadów, a wskaźnik kwalifikacji produktu utrzymywał się tylko na poziomie 82-85%.
- Niska wydajność produkcji i wysokie zużycie energii: Ze względu na słaby efekt przetwarzania pojedynczego urządzenia, każda partia materiałów wymagała powtarzanego mieszania i emulgowania przez 40-50 minut, aby ledwo spełnić podstawowe wymagania jakościowe. Sprzęt pracował ze stałą dużą mocą przez długi czas, co skutkowało wysokim jednostkowym zużyciem energii. Średnie dzienne zużycie energii elektrycznej sięgało 320 kWh, a częstotliwość konserwacji sprzętu była wysoka, przy czym średni wskaźnik dostępności wynosił tylko 80%.
- Duże wahania jakości między partiami: Tradycyjny sprzęt nie posiadał precyzyjnej kontroli nad prędkością dyspersji, czasem emulgowania i siłą ścinającą. Jakość sensoryczna (tekstura, jednorodność) oraz wskaźniki fizyczne i chemiczne (lepkość, rozkład wielkości cząstek) produktów z różnych partii wykazywały oczywiste różnice. Utrudniało to zakładowi ustanowienie stabilnych procesów produkcyjnych i spełnienie spójnych wymagań jakościowych dla zastosowań końcowych.
Konfiguracja sprzętu i plan optymalizacji procesu
Aby rozwiązać powyższe problemy, zakład zoptymalizował proces produkcji i wprowadził połączony system przetwarzania składający się z dyspergatorów dużej prędkości i emulgatorów wysokiego ścinania, tworząc zintegrowany tryb przetwarzania „wstępna dyspersja - głębokie emulgowanie - stabilne mieszanie”. Kluczowa konfiguracja sprzętu i środki optymalizacji procesu są następujące:
1. Kluczowa konfiguracja dyspergatora dużej prędkości
Wybrany dyspergator dużej prędkości jest wyposażony w tarczę dyspergującą typu turbinowego o średnicy 200 mm, wykonaną ze stali nierdzewnej 316L. Prędkość dyspersji można regulować bezstopniowo w zakresie 800-3000 obr./min za pomocą sterowania częstotliwością, generując maksymalną prędkość liniową 28 m/s. Sprzęt jest wyposażony w mechanizm podnoszący, który może regulować wysokość tarczy dyspergującej w zakresie 300-800 mm, dostosowując się do różnych poziomów materiału w zbiorniku mieszającym (objętość 5000 l). Ponadto dyspergator jest wyposażony w urządzenie monitorujące moment obrotowy, które może automatycznie regulować prędkość roboczą w zależności od zmiany oporu materiałów podczas procesu dyspersji, unikając przeciążenia i zapewniając stabilną pracę.
2. Kluczowa konfiguracja emulgatora wysokiego ścinania
Dopasowany emulgator wysokiego ścinania przyjmuje czterostopniową strukturę statora-rotora ze szczeliną ścinającą 0,08-0,2 mm. Prędkość wirnika można regulować w sposób ciągły w zakresie 3000-12000 obr./min, generując prędkość ścinania do 75000 s⁻¹. Sprzęt jest zainstalowany na dnie zbiornika mieszającego, realizując inline ciągłe emulgowanie materiałów. Jest wyposażony w urządzenie do kontroli temperatury w płaszczu, które może kontrolować temperaturę materiału podczas emulgowania w zakresie 25-80℃, z dokładnością wahań temperatury ±1℃, unikając utraty składników aktywnych lub pogorszenia jakości materiału spowodowanego nadmiernym wzrostem temperatury podczas ścinania z dużą prędkością.
3. Środki optymalizacji procesu
Oryginalny jednoetapowy proces przetwarzania został dostosowany do trzyetapowego procesu połączonego, realizując racjonalny podział pracy między dwoma typami sprzętu:
- Etap wstępnej dyspersji: Najpierw dodaj materiały fazy wodnej do zbiornika mieszającego, uruchom dyspergator dużej prędkości i ustaw prędkość na 2000-2500 obr./min. Następnie powoli dodawaj materiały w postaci proszku stałego do zbiornika podczas mieszania i przeprowadzaj wstępną dyspersję przez 10-15 minut. Proces ten może szybko rozbić duże aglomeraty cząstek stałych i równomiernie je rozproszyć w fazie wodnej, zmniejszając obciążenie późniejszego przetwarzania emulgowania.
- Etap głębokiego emulgowania: Po zakończeniu wstępnej dyspersji dodaj materiały fazy olejowej do zbiornika mieszającego, uruchom emulgator wysokiego ścinania, utrzymując jednocześnie działanie dyspergatora dużej prędkości. Ustaw prędkość dyspergatora na 1200-1500 obr./min, a prędkość emulgatora na 8000-10000 obr./min i przeprowadź połączone przetwarzanie przez 15-20 minut. Dyspergator dużej prędkości zapewnia ogólną jednorodność materiałów, podczas gdy emulgator wysokiego ścinania generuje silną siłę ścinającą, aby zrealizować pełne połączenie fazy olejowej i wodnej oraz rozbić drobne cząstki do wymaganej wielkości.
- Etap stabilnego mieszania: Po emulgowaniu zmniejsz prędkość emulgatora wysokiego ścinania do 3000-4000 obr./min, a prędkość dyspergatora dużej prędkości do 800-1000 obr./min i przeprowadź wolne, stabilne mieszanie przez 5-8 minut. Proces ten eliminuje naprężenia wewnętrzne układu materiałowego, stabilizuje strukturę emulsji i zapewnia długotrwałą stabilność gotowego produktu.
Efekt zastosowania i analiza danych
Po 6 miesiącach eksploatacji próbnej i optymalizacji parametrów, połączony system dyspergatora dużej prędkości i emulgatora wysokiego ścinania osiągnął znakomite wyniki w zakresie poprawy jakości produktu, zwiększenia wydajności produkcji i obniżenia kosztów operacyjnych. Porównanie konkretnych danych przed i po modernizacji sprzętu jest następujące:
1. Znacząca poprawa jakości produktu
Rozkład wielkości cząstek gotowego produktu został znacznie zoptymalizowany. Po wstępnej dyspersji przez dyspergator dużej prędkości średnia wielkość cząstek stałych została zmniejszona z 50-100 μm do 8-12 μm. Po dalszym emulgowaniu przez emulgator wysokiego ścinania, końcowa średnia wielkość cząstek produktu została utrzymana na poziomie 1-3 μm, a indeks polidyspersyjności (PDI) utrzymano poniżej 0,2. Wskaźnik separacji oleju i wody produktu podczas przechowywania został zmniejszony z 12-15% do mniej niż 2% po 60 dniach przechowywania, a stabilność produktu została znacznie poprawiona. Wskaźnik kwalifikacji produktu wzrósł z 82-85% do 99,2%, zasadniczo eliminując koszty przeróbek i utylizacji odpadów.
2. Znakomita poprawa wydajności produkcji
Połączony tryb przetwarzania skrócił czas przetwarzania jednej partii z 40-50 minut do 30-35 minut, a wydajność przetwarzania poprawiła się o około 25%. Liczba nieplanowanych przestojów spowodowanych blokadami rurociągów została zmniejszona z 2-3 razy w tygodniu do 0-1 razy w miesiącu, a wskaźnik dostępności sprzętu wzrósł z 80% do 95%. Przy tej samej dziennej zdolności produkcyjnej (180-250 ton) zakład skrócił czas pracy każdej zmiany o 1 godzinę, zmniejszając koszty pracy, jednocześnie zapewniając terminowe wykonanie zadań produkcyjnych.
3. Skuteczne zmniejszenie zużycia energii i kosztów konserwacji
Funkcja sterowania częstotliwością dwóch typów sprzętu zrealizowała adaptacyjną regulację mocy w zależności od etapu przetwarzania. Średnie dzienne zużycie energii elektrycznej linii produkcyjnej zostało zmniejszone z 320 kWh do 240 kWh, co stanowi spadek o 25%, oszczędzając 29 200 kWh energii elektrycznej rocznie. Dyspergator dużej prędkości i emulgator wysokiego ścinania przyjmują materiały odporne na zużycie i zoptymalizowaną konstrukcję strukturalną, zmniejszając częstotliwość wymiany części podatnych na uszkodzenia. Miesięczny koszt konserwacji został zmniejszony z 8000 juanów do 3500 juanów, a roczny koszt konserwacji został zaoszczędzony o około 54 000 juanów.
4. Stabilizacja jakości między partiami
Precyzyjny system kontroli sprzętu realizuje dokładną kontrolę prędkości dyspersji, czasu emulgowania, siły ścinającej i temperatury. Współczynnik zmienności (CV) kluczowych wskaźników jakości (lepkość, rozkład wielkości cząstek) między różnymi partiami produktów został zmniejszony z 18-22% do 3-5%, osiągając stabilną spójność jakości produktu. Spełnia to nie tylko wymagania jakościowe dla zastosowań końcowych, ale także stanowi wiarygodną podstawę dla zakładu do optymalizacji procesów produkcyjnych i poprawy konkurencyjności produktu.
Kluczowe doświadczenia i uwagi dotyczące eksploatacji
Podczas procesu aplikacji zakład podsumował następujące kluczowe doświadczenia i uwagi dotyczące eksploatacji, aby zapewnić stabilną pracę połączonego systemu sprzętu i w pełni wykorzystać jego wydajność:
- Sekwencja dodawania materiału i dopasowanie prędkości między dyspergatorem dużej prędkości a emulgatorem wysokiego ścinania mają kluczowe znaczenie dla efektu przetwarzania. Należy unikać zbyt szybkiego dodawania materiałów w postaci proszku stałego podczas wstępnej dyspersji i upewnić się, że dyspergator utrzymuje wystarczającą prędkość, aby zapobiec wtórnej aglomeracji cząstek.
- Regularnie sprawdzaj stan zużycia tarczy dyspergującej dyspergatora dużej prędkości i statora-rotora emulgatora wysokiego ścinania. Gdy stopień zużycia przekroczy 0,5 mm, wymagana jest terminowa wymiana, aby uniknąć zmniejszenia efektu dyspersji i emulgowania.
- Podczas procesu emulgowania ściśle kontroluj temperaturę materiału. W przypadku materiałów wrażliwych na ciepło prędkość emulgatora powinna być odpowiednio zmniejszona lub należy uruchomić system chłodzenia, aby uniknąć pogorszenia jakości materiału spowodowanego nadmiernym wzrostem temperatury.
- Ustanowić znormalizowany system konserwacji sprzętu, obejmujący codzienne czyszczenie powierzchni sprzętu i części stykających się z materiałem, miesięczną kontrolę falowników i systemów sterowania oraz kwartalną wymianę oleju smarowego i uszczelnień, aby zapewnić długotrwałą stabilną pracę sprzętu.
Podsumowanie
Zastosowanie połączonego systemu dyspergatora dużej prędkości i emulgatora wysokiego ścinania zasadniczo rozwiązało wieloletnie problemy związane ze słabym efektem dyspersji, niestabilnym emulgowaniem, niską wydajnością produkcji i dużymi wahaniami jakości w procesie produkcyjnym zakładu. Dzięki optymalizacji procesu i rozsądnemu dopasowaniu sprzętu, system zrealizował efektywną integrację funkcji dyspersji i emulgowania, znacznie poprawił jakość produktu i wydajność produkcji oraz obniżył koszty operacyjne.
W przypadku scenariuszy produkcyjnych obejmujących wieloskładnikowe materiały mieszane, jednoczesne stosowanie dyspergatorów dużej prędkości i emulgatorów wysokiego ścinania może w pełni wykorzystać ich poszczególne zalety, zrekompensować ograniczenia pojedynczego sprzętu i stworzyć bardziej wydajny i stabilny tryb przetwarzania. Poprzez ciągłą optymalizację parametrów procesu oraz znormalizowaną eksploatację i konserwację sprzętu, połączony system sprzętu może zapewnić niezawodne wsparcie techniczne dla zrównoważonego rozwoju zakładu, pomóc zakładowi w poprawie konkurencyjności produkcji i dostosować się do coraz bardziej rygorystycznych wymagań jakościowych rynku.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!