Estudo de Caso de Aplicação de Equipamentos Emulsionantes de Grau Químico
No campo da produção química fina, a estabilidade e uniformidade dos sistemas emulsionados determinam diretamente o desempenho do produto, a eficiência da produção e os custos operacionais gerais. Um fabricante envolvido na produção de revestimentos industriais e intermediários químicos enfrentou desafios persistentes em seu processo de emulsificação, o que restringiu a otimização de sua linha de produção. A introdução de equipamentos emulsionantes a vácuo de alta cisalhamento de grau químico abordou efetivamente esses pontos problemáticos, alcançando uma atualização abrangente na qualidade e eficiência da produção.
Antecedentes: Dilemas do Processo na Produção de Emulsificação
Os principais produtos do fabricante incluem revestimentos industriais à base de água e intermediários químicos mistos óleo-água. No processo de produção tradicional, a etapa de emulsificação dependia de equipamentos de agitação convencionais, o que levou a vários gargalos técnicos. Em primeiro lugar, a força de cisalhamento fornecida pelo equipamento tradicional era insuficiente, resultando em dispersão incompleta das partículas do material. O tamanho das partículas do sistema emulsionado era desigual, com o valor D90 permanecendo acima de 15μm. Isso causou diretamente problemas como má estabilidade do produto final, fácil delaminação durante o armazenamento e indicadores de desempenho inconsistentes entre os lotes.
Em segundo lugar, o processo de agitação de tipo aberto introduziu uma grande quantidade de ar no material, formando inúmeras microbolhas. Para produtos de revestimento, essas bolhas causariam defeitos de superfície, como furos e casca de laranja após a formação do filme, reduzindo as taxas de qualificação do produto. Para intermediários químicos, os resíduos de bolhas afetaram a precisão dos processos de reação subsequentes, aumentando a dificuldade de controle do processo. Além disso, o processo de emulsificação tradicional exigia um longo tempo de agitação—cada lote de materiais levava de 2,5 a 3 horas para completar a emulsificação, e procedimentos de pós-processamento, como a remoção de espuma em repouso, eram necessários, resultando em baixa eficiência de produção e alto consumo de energia.
Além disso, as matérias-primas utilizadas no processo de produção continham pequenas quantidades de surfactantes e partículas sólidas, que facilmente desencadeavam anomalias de emulsificação sob a ação da agitação convencional. A formação de camadas emulsionadas estáveis não apenas aumentou a perda de material, mas também exigiu desmulsionantes químicos adicionais, o que aumentou os custos de produção e trouxe riscos potenciais à pureza do produto.
Solução: Introdução e Aplicação de Equipamentos Emulsionantes de Grau Químico
Para resolver os problemas acima, o fabricante selecionou um equipamento emulsionante a vácuo de alta cisalhamento de grau químico com parâmetros personalizados. Este equipamento integra funções de homogeneização de alta cisalhamento, desgaseificação a vácuo e controle inteligente de temperatura, e é construído com aço inoxidável 304 para atender aos requisitos de resistência à corrosão e limpeza da produção química. Seus principais destaques de design incluem uma estrutura de estator-rotor de dupla camada com uma folga ajustável de 0,1 mm, que pode gerar uma velocidade linear de até 28 m/s, formando uma forte força de cisalhamento para quebrar as partículas do material em tamanhos de nível micron a nanômetro.
Antes do comissionamento formal, o fornecedor do equipamento conduziu três rodadas de testes de simulação de processo usando as matérias-primas reais do fabricante, otimizando parâmetros-chave como velocidade de agitação, grau de vácuo e temperatura. Os resultados dos testes mostraram que, quando o grau de vácuo foi mantido em -0,092MPa a -0,095MPa, a velocidade de agitação foi definida em 8000rpm para homogeneização de alta cisalhamento e a temperatura foi controlada em 35±2℃, o efeito de emulsificação foi ideal. Com base nesses dados de teste, o equipamento foi oficialmente colocado em produção após instalação e comissionamento no local por engenheiros profissionais.
Resultados: Melhoria Abrangente no Desempenho da Produção
Após a entrada em operação do novo equipamento emulsionante, o processo de produção do fabricante alcançou melhorias significativas em múltiplas dimensões, com dados mensuráveis verificando o efeito da aplicação.
Em termos de qualidade do produto, a distribuição do tamanho das partículas do sistema emulsionado foi significativamente otimizada. O valor D90 do produto foi reduzido de mais de 15μm para menos de 5μm, e a uniformidade do tamanho das partículas foi melhorada em mais de 85%. O sistema emulsionado estável formado pela homogeneização de alta cisalhamento eliminou efetivamente o problema da delaminação do produto. O teste de estabilidade de armazenamento mostrou que o produto pode ser armazenado em temperatura ambiente por 12 meses sem delaminação ou precipitação óbvias, o que prolongou muito a vida útil do produto. Ao mesmo tempo, o ambiente de vácuo durante o processo de emulsificação evitou completamente a introdução de ar, e a taxa de remoção de bolhas atingiu mais de 98%. Os produtos de revestimento produzidos não apresentavam mais defeitos de superfície causados por bolhas, e a taxa de qualificação aumentou de 82% para 97%.
Em termos de eficiência de produção, o tempo de emulsificação por lote de materiais foi reduzido de 2,5 a 3 horas para 45 minutos, uma redução de quase 75%. O equipamento integra funções de emulsificação, desgaseificação e homogeneização, eliminando a necessidade de procedimentos independentes de pós-processamento, como a remoção de espuma em repouso. Isso não apenas economiza tempo de produção, mas também reduz a entrada de mão de obra na etapa de pós-processamento. A capacidade de operação contínua do equipamento também suporta a produção em massa em larga escala, e a produção diária é aumentada em 2,2 vezes em comparação com o processo tradicional.
Em termos de controle de custos, a redução do tempo de emulsificação e a otimização do fluxo do processo reduziram o consumo de energia em 32% por unidade de produto. O efeito de emulsificação estável evita a perda de material causada por anomalias de emulsificação, reduzindo o desperdício de matéria-prima em cerca de 15%. Além disso, a necessidade de desmulsionantes químicos é eliminada, reduzindo ainda mais os custos de materiais auxiliares. A estrutura selada do equipamento e o design de fácil limpeza também reduzem o tempo e o custo de mão de obra da limpeza do equipamento, reduzindo os custos operacionais gerais.
Em termos de estabilidade do processo, o equipamento é equipado com um sistema de controle inteligente que pode monitorar e ajustar com precisão os parâmetros-chave, como temperatura, grau de vácuo e velocidade de agitação em tempo real. A faixa de flutuação do parâmetro é controlada em ±2%, garantindo a qualidade consistente do produto entre os lotes. O dispositivo de agitação com raspador de parede de 360° evita resíduos de material na parede interna do equipamento, garantindo ainda mais a uniformidade de cada lote de produtos.
Operação de Longo Prazo e Resumo da Experiência
No período estatístico atual, o equipamento emulsionante de grau químico está em operação estável contínua por mais de 8.000 horas, com uma taxa de falha inferior a 1%. O design modular do equipamento facilita a manutenção e a substituição de peças de desgaste, e o suporte técnico remoto de 24 horas e o serviço de solução de problemas no local em 48 horas do fornecedor garantem a continuidade da produção.
A prática de aplicação mostra que o equipamento emulsionante de grau químico com alta força de cisalhamento, desgaseificação a vácuo e recursos de controle inteligente pode resolver efetivamente os problemas comuns nos processos tradicionais de emulsificação química. Ao otimizar a distribuição do tamanho das partículas do sistema emulsionado e eliminar resíduos de bolhas, ele melhora a qualidade e a estabilidade do produto. Ao mesmo tempo, ele encurta os ciclos de produção, reduz o consumo de energia e a perda de material e realiza a dupla melhoria da eficiência da produção e dos benefícios econômicos.
Para os fabricantes de produtos químicos, a seleção do equipamento emulsionante deve ser combinada de perto com as características do produto, as propriedades da matéria-prima e a escala de produção. O projeto de parâmetros personalizados e os testes rigorosos de pré-comissionamento são a chave para garantir a correspondência entre o equipamento e os processos de produção. A operação estável deste equipamento não apenas fornece uma garantia confiável para a qualidade do produto do fabricante, mas também estabelece uma base sólida para sua subsequente atualização do processo e expansão do produto.
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