Studium przypadku: Emulgator dolnowlotowy o wysokim ścinaniu w optymalizacji przemysłowego procesu emulgowania
W produkcji przemysłowej obejmującej przetwarzanie materiałów wielofazowych, emulgowanie jest kluczową procedurą, która bezpośrednio wpływa na wydajność produktu, stabilność przechowywania i koszty przetwarzania. Dla producentów zajmujących się produkcją powłok na bazie wody, klejów i emulsji polimerowych, osiągnięcie dokładnej dyspersji niemieszalnych faz oleju i wody, unikanie osadzania się materiału w dużych kotłach i zapewnienie spójności produktu między partiami od dawna stanowiły główne wyzwania ograniczające rozwój produkcji. Niniejsze studium przypadku szczegółowo opisuje, w jaki sposób producent z powodzeniem rozwiązał te wąskie gardła procesowe, wprowadzając emulgator dolnowlotowy o wysokim ścinaniu, oraz przedstawia konkretne efekty zastosowania i ulepszenia procesowe w sposób faktograficzny.
1. Tło produkcyjne i istniejące wyzwania
Producent zajmuje się produkcją funkcjonalnych emulsji na bazie wody, które są szeroko stosowane w powłokach architektonicznych, klejach do drewna i innych dziedzinach. Przed zastosowaniem emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu, przedsiębiorstwo wykorzystywało tradycyjne mieszadła górnowlotowe do operacji emulgowania. Wraz z rozszerzeniem skali produkcji, duże kotły reakcyjne o pojemności 5000L i 8000L stopniowo stały się głównym wyposażeniem produkcyjnym, a ograniczenia tradycyjnych mieszadeł stawały się coraz bardziej oczywiste, co przyniosło szereg problemów w procesie produkcyjnym.
Główne wyzwania w procesie produkcyjnym są następujące:
- Niewystarczający efekt emulgowania i słaba stabilność produktu: Siła ścinająca generowana przez tradycyjne mieszadło górnowlotowe jest stosunkowo słaba i może jedynie osiągnąć proste mieszanie materiałów, ale nie może skutecznie rozbijać kropelek oleju i cząstek stałych w systemie emulsji. Przygotowana emulsja ma dużą średnią wielkość cząstek (około 45-60μm), a rozkład wielkości cząstek jest nierównomierny. Podczas procesu przechowywania często występuje separacja faz i warstwowanie, co wpływa na jakość produktu i doświadczenie użytkownika. Wskaźnik kwalifikacji produktu utrzymuje się na poziomie około 87% przez długi czas.
- Poważne osadzanie się materiału i martwe strefy mieszania: Ze względu na dużą objętość kotła produkcyjnego i ograniczony zakres mieszania mieszadła górnowlotowego, efekt mieszania jest trudny do pokrycia dna i krawędzi kotła. Duża ilość dodatków w postaci proszku stałego i materiałów o wysokiej lepkości łatwo osadza się na dnie kotła, tworząc martwe strefy mieszania. Te osadzone materiały nie mogą być w pełni zmieszane z głównym systemem, co nie tylko powoduje marnotrawstwo surowców, ale także prowadzi do niespójnej zawartości składników produktu końcowego, co skutkuje dużymi różnicami w wydajności między partiami.
- Długi cykl produkcyjny i niska wydajność produkcji: Aby w jak największym stopniu poprawić efekt emulgowania, producent musiał wydłużyć czas mieszania do 9-11 godzin na partię. W tych warunkach można wyprodukować tylko 2 partie produktów dziennie, co nie może zaspokoić rosnącego popytu rynkowego. Jednocześnie długotrwałe mieszanie zwiększa również koszty pracy i koszty zarządzania przedsiębiorstwem.
- Wysokie zużycie energii i koszty konserwacji: Tradycyjne mieszadło górnowlotowe musi utrzymywać wysoką moc wyjściową przez długi czas, aby zapewnić efekt mieszania, co skutkuje wysokim zużyciem energii. Zużycie energii na partię sięga 380 kWh, co wywiera dużą presję na kontrolę kosztów przedsiębiorstwa. Ponadto wał i łopatki mieszadła łatwo przylegają do materiałów, a czyszczenie po każdej partii zajmuje 2,5-3 godziny. Zużycie łożysk i uszczelnień jest poważne podczas pracy, wymagając konserwacji co 1,5-2 miesiące, co dodatkowo zwiększa koszty produkcji.
2. Dobór sprzętu i charakterystyka techniczna
Po przeprowadzeniu dogłębnych badań procesu produkcyjnego, analizie właściwości materiałów i wymagań procesowych oraz przeprowadzeniu wielu testów na miejscu i demonstracji technicznych, producent ostatecznie zdecydował się na zastosowanie emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu w celu zastąpienia tradycyjnego mieszadła górnowlotowego. Sprzęt jest specjalnie zaprojektowany do dużych kotłów reakcyjnych, z głowicą roboczą zainstalowaną na dnie kotła, która może działać bezpośrednio na materiały na dnie kotła, zasadniczo rozwiązując problemy z osadzaniem się materiału i martwymi strefami mieszania. Główne cechy techniczne sprzętu są następujące:
- Konfiguracja zasilania: Wyposażony w wysokowydajny silnik z przemiennikiem częstotliwości o mocy 45 kW, który może realizować bezstopniową regulację prędkości w zakresie 500-3000 obr./min, odpowiedni do przetwarzania emulgowania materiałów wsadowych o pojemności 4000-10000L, w pełni dopasowany do kotłów produkcyjnych producenta o pojemności 5000L i 8000L.
- Struktura wirnik-stator: Zastosowanie trójwarstwowego zespołu wirnik-stator zębatego z precyzyjną szczeliną dopasowania 0,15-0,4 mm. Specjalna konstrukcja kształtu zęba może generować silną siłę ścinającą i przepływ turbulentny, gdy wirnik obraca się z dużą prędkością, skutecznie rozbijając kropelki oleju i cząstki stałe w systemie materiału na małe cząstki.
- Dobór materiałów: Wszystkie części stykające się z materiałami wykonane są ze stali nierdzewnej 316L, która ma doskonałą odporność na korozję i zużycie. Powierzchnia części jest polerowana do Ra≤0,3μm, co spełnia wymagania produkcji przemysłowej dotyczące czystości materiału i unika zanieczyszczenia materiału.
- System uszczelniający: Zastosowanie podwójnego uszczelnienia mechanicznego z funkcjami chłodzenia i płukania, które może skutecznie zapobiegać wyciekom materiału i zapewniać stabilną pracę sprzętu w warunkach szybkiego obrotu i wysokiej temperatury. Żywotność uszczelnienia jest znacznie dłuższa niż w przypadku tradycyjnych uszczelnień.
- System sterowania: Wyposażony w inteligentny system sterowania PLC, który może realizować automatyczne sterowanie procesem emulgowania. Może ustawiać i regulować parametry, takie jak prędkość obrotowa, czas pracy i temperatura materiału, zgodnie z różnymi formułami materiałów, i ma funkcje alarmu błędów i rejestrowania danych, co jest wygodne w zarządzaniu produkcją i śledzeniu jakości.
Zasada działania emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu jest następująca: gdy urządzenie pracuje, wirnik obraca się z dużą prędkością, tworząc silne podciśnienie w szczelinie między wirnikiem a statorem, które zasysa materiały na dnie i górnej części kotła do strefy ścinania. W strefie ścinania materiały podlegają kompleksowym efektom, takim jak silne ścinanie, ekstruzja odśrodkowa, tarcie warstwy cieczy i uderzenie, dzięki czemu duże kropelki oleju i cząstki stałe są szybko rozbijane i uszlachetniane. Jednocześnie szybki przepływ materiałów napędza ogólną cyrkulację materiałów w kotle, dzięki czemu wszystkie materiały mogą być w pełni zmieszane i zemulgowane, a ostatecznie powstaje jednorodny i stabilny system emulsji.
3. Efekty zastosowania i analiza danych
Po oficjalnym uruchomieniu emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu, producent przeprowadził dwumiesięczny test porównawczy między nowym sprzętem a tradycyjnym mieszadłem. W okresie testowym formuła materiału i parametry procesu produkcyjnego były utrzymywane w spójności, a jakość produktu, wydajność produkcji, zużycie energii i inne wskaźniki zostały kompleksowo wykryte i przeanalizowane. Efekt zastosowania był znacznie lepszy niż oczekiwano, a główne wskaźniki zostały znacznie poprawione.
3.1 Jakość produktu jest znacznie poprawiona
Wielkość cząstek emulsji wytworzonej przez nowy sprzęt została wykryta za pomocą analizatora wielkości cząstek laserowych. Wyniki pokazały, że średnia wielkość cząstek emulsji została zmniejszona z 52μm (tradycyjne mieszadło) do 1,8-4,5μm, a zakres rozkładu wielkości cząstek został zawężony o 75%. Test stabilności emulsji wykazał, że po 8 miesiącach statycznego przechowywania w temperaturze pokojowej nie nastąpiła separacja faz, warstwowanie ani wytrącanie, a stabilność produktu została znacznie zwiększona. Wskaźnik kwalifikacji produktu wzrósł z 87% do 98,8%, a liczba wadliwych produktów spowodowanych problemami z emulgowaniem zmniejszyła się o 95%.
Ponadto spójność wydajności produktu między partiami została znacznie poprawiona. Dane detekcyjne kluczowych wskaźników wydajności, takich jak lepkość produktu, zawartość ciał stałych i przyczepność, pokazują, że współczynnik zmienności (CV) każdego wskaźnika zmniejszył się z 9,5% do 1,2%, co skutecznie zapewnia jednorodność jakości produktu i spełnia surowe wymagania klientów końcowych dotyczące wydajności produktu.
3.2 Wydajność produkcji jest znacznie zwiększona
Ze względu na wysoką wydajność ścinania emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu, czas emulgowania na partię został skrócony z 9-11 godzin do 3,5-4,5 godzin, co stanowi średnią redukcję o 60%. Dzienna zdolność produkcyjna wzrosła z 2 partii do 5-6 partii, a miesięczna produkcja wzrosła o 160% bez zwiększania powierzchni produkcyjnej i personelu operacyjnego. Jednocześnie czas czyszczenia po każdej partii został skrócony z 2,5-3 godzin do 30-45 minut, co znacznie skraca czas nieprodukcyjny i poprawia ciągłą zdolność produkcyjną sprzętu.
3.3 Zużycie energii i koszty konserwacji zostały zredukowane
Chociaż moc emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu wynosi 45 kW, co jest wyższe niż w przypadku tradycyjnego mieszadła górnowlotowego (32 kW), znaczne skrócenie czasu pracy powoduje, że zużycie energii na partię zmniejsza się z 380 kWh do 171 kWh, co stanowi spadek o 55%. W oparciu o roczną produkcję 300 partii, roczne koszty energii można zaoszczędzić o ponad 200 000 juanów.
Jeśli chodzi o konserwację, podwójna konstrukcja uszczelnienia mechanicznego i wysokiej jakości dobór materiałów zmniejszają zużycie elementów sprzętu. Cykl konserwacji został wydłużony z raz na 1,5-2 miesiące do raz na 8-10 miesięcy, a roczne koszty konserwacji zostały zmniejszone o 70%. W dwumiesięcznym okresie testowym sprzęt pracował stabilnie bez żadnych awarii, zapewniając ciągłość i stabilność procesu produkcyjnego.
3.4 Zwiększono wskaźnik wykorzystania materiału
Głowica robocza montowana na dnie emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu może w pełni mieszać materiały na dnie kotła, całkowicie eliminując martwą strefę mieszania. Rozwiązano problem osadzania się dodatków w postaci proszku stałego i materiałów o wysokiej lepkości, a materiały mogą być w pełni zmieszane i wykorzystane. Wskaźnik wykorzystania surowców wzrósł z 91% do 99,5%, zmniejszając roczne straty surowców o ponad 10 ton, co dodatkowo obniża koszty produkcji przedsiębiorstwa.
4. Wnioski
Zastosowanie emulgatora dolnowlotowego o wysokim ścinaniu skutecznie rozwiązało wieloletnie problemy producenta w procesie produkcji emulgowania, takie jak nierównomierne emulgowanie, osadzanie się materiału, długi cykl produkcyjny i wysokie zużycie energii. Jednocześnie znacznie poprawiając jakość produktu i wydajność produkcji, znacznie obniżył również koszty produkcji, zwiększając konkurencyjność rynkową przedsiębiorstwa.
Niniejsze studium przypadku w pełni pokazuje, że dla producentów przemysłowych o dużych objętościach, wysokiej lepkości i potrzebach emulgowania materiałów wielofazowych, emulgator dolnowlotowy o wysokim ścinaniu ma oczywiste zalety w porównaniu z tradycyjnym sprzętem mieszającym. Jego unikalna konstrukcja dolnowlotowa, duża zdolność ścinania i inteligentny system sterowania mogą skutecznie zoptymalizować proces emulgowania, poprawić wydajność produkcji i jakość produktu oraz przynieść znaczne korzyści ekonomiczne przedsiębiorstwu.
Obecnie producent rozpowszechnił emulgator dolnowlotowy o wysokim ścinaniu na wszystkich swoich liniach produkcyjnych i osiągnął dobre wyniki zastosowania. To udane doświadczenie w zastosowaniu może stanowić cenne odniesienie dla innych podobnych producentów w branży w celu optymalizacji procesu produkcji emulgowania i realizacji modernizacji przemysłowej.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!