Тематическое исследование: повышение эффективности и качества производства промышленной эмульсии с помощью передового эмульсификационного оборудования
В промышленном производстве эмульсионные продукты служат основными материалами в различных секторах, включая архитектурные покрытия, промышленные клеи, вспомогательные текстильные материалы,и пищевой промышленностиКачество промышленных эмульсий, характеризующихся распределением размеров капель, стабильностью фаз и однородностью компонентов, напрямую определяет производительность конечных продуктов. 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, подробно описывая выбор оборудования, оптимизацию процессов и ощутимые результаты, достигнутые без ущерба для операционной совместимости и масштабируемости.
1. Основные проблемы процессов
Процесс производства целевой эмульсии для архитектурного покрытия на водной основе включал две неразмешиваемые фазы: масляную фазу, состоящую из акриловых мономеров, соединителей,и гидрофобные модификаторы, и водной фазы, содержащей деионизированную воду, эмульгаторы, инициаторы и регуляторы pH.Производственный процесс основывался на традиционных цистернах для перемешивания типа якоря, что привело к четырем критическим проблемам, ограничивающим производственные мощности и конкурентоспособность продукции:
Во-первых, недостаточная дисперсия мономеров масляной фазы.мономеры имели тенденцию к образованию больших капель или агломератов, которые не могли быть полностью расщеплены.Эти нерассеянные частицы остались в конечной эмульсии, в результате чего в пленке покрытия появились "рыбьи глаза" (видимые твердые частицы), что сильно повлияло на гладкость и долговечность пленки.
Во-вторых, распределение размеров капель несовместимо: низкая сила сдвига, вырабатываемая смесителями якорного типа, не позволила достичь равномерной дисперсии двух фаз.Данные испытаний качества показали, что размер капли D90 (размер, при котором 90% капель меньше) эмульсии колебался от 15 до 30 мкм., значительно превышающий принятый в промышленности диапазон от 5 до 10 мкм. Это несоответствие привело к значительным изменениям в вязкости и стабильности эмульсии,с некоторыми партиями, демонстрирующими разделение масла в течение 7 дней хранения, и с другими, демонстрирующими чрезмерную вязкость, которая препятствует применению.
В-третьих, низкая эффективность производства и высокое потребление энергии.Традиционный процесс требует длительного перемешивания, и каждой партии весом 5 тонн требуется приблизительно 6 часов для завершения эмульгификации.Расширенная эксплуатация не только сократила объем производства, но и увеличила потребление энергии, причем система перемешивания потребляет в среднем 120 кВт·ч на партию.плохая стабильность промежуточных продуктов привела к уровню квалификации только 82%, что приводит к значительным потерям сырья и затратам на рабочую силу.
В-четвертых, сложность увеличения производства. Традиционный процесс перемешивания партий в значительной степени зависел от ручной работы для контроля скорости подачи пищи и интенсивности перемешивания.При переходе от лабораторного производства (50 л) к промышленному (5 т), параметры процесса были трудно точно воспроизвести, что привело к значительным отличиям качества между пилотными и серийными партиями.Эта проблема масштабируемости ограничивала расширение производственных мощностей для удовлетворения растущего спроса на рынке.
Кроме того, производственный процесс должен соответствовать стандартам промышленной безопасности и экологии, требующим, чтобы оборудование было изготовлено из коррозионностойких материалов.оснащены эффективными системами уплотнения для предотвращения волатилизации мономера, и совместимы с системами очистки на месте (CIP) для обеспечения гигиены эксплуатации.
2Выбор оборудования и оптимизация процессов
После всеобъемлющей оценки требований к процессу, спецификаций продукции и потребностей в масштабируемости была выбрана многоступенчатая промышленная система эмульгификации,изготавливаемый из материала, изготовленного из материала, содержащего:Выбор оборудования был направлен на принципы повышения эффективности стрижки, обеспечения управляемости процесса и облегчения бесперебойного масштабирования.с основными техническими характеристиками, адаптированными к характеристикам акриловых эмульсий на водной основе:
1Предварительный дисперсный смеситель: оснащен высокоскоростным вращающимся винтом и турбулентным баффлом.Этот смеситель предназначен для расщепления крупных агломератов в масляной фазе до первичной эмульгизации.Изготовленный из нержавеющей стали 316L, он имел гладкую внутреннюю стенку с поверхностной шероховатостью Ra ≤ 0,4 мкм, чтобы предотвратить адгезию материала.Движение смесителя с переменной частотой (VFD) позволило регулировать скорость вращения от 500 до 3000 оборотов в минуту, что позволяет точно контролировать интенсивность дисперсии на основе вязкости масляной фазы.
2. Трубопроводный высокоотсекающий эмульгатор: в качестве основного оборудования он принял трехступенчатую структуру ротора-статора с минимальным разрывом 0,05 мм между ротором и статором.Эта конструкция генерировала интенсивные силовые усилия сдвига (до 10 ^ 6 s ^ -1)Поток эмульгатора может достигать 8 м3/ч, поддерживая непрерывную эмульгацию и циркуляцию.Он также был интегрирован с системой мониторинга в режиме реального времени для отслеживания ключевых параметров, таких как скорость вращенияПроцессы, в том числе, с использованием механического уплотнения (механическое уплотнение с охлаждающей системой) предотвращают волатилизацию мономера.соответствие требованиям окружающей среды и безопасности.
На основе нового оборудования, производственный процесс был оптимизирован на четыре основных этапа для обеспечения последовательности и эффективности:
1Стадия предварительного диспергирования: материалы масляной фазы (акриловые мономеры, коалессирующие агенты, гидрофобные модификаторы) добавлялись в предварительный диспергирующий смеситель.и двигатель был активирован при 2500 оборотах в минуту, чтобы создать высокотурбулентное поле потокаЭтот процесс разрушает первоначальные агломераты и образует равномерную фазу масла с низкой вязкостью в течение 30 минут, исключая образование "рыбьего глаза" у источника.
2Контролируемый этап подачи: предварительно диспергированная масляная фаза и водная фаза (деионизированная вода, эмульгаторы, инициаторы) закачивались в трубопроводный эмульгатор с фиксированным объемным соотношением (1:3) с помощью насосов измеренияСкорость подачи была точно контролирована системой VFD для обеспечения стабильного соотношения, избегая фазовой инверсии, вызванной внезапными изменениями в составе материала.
3Многоциклическая эмульгационная стадия: изначально эмульгированная смесь циркулирует через трубопроводный эмульгатор в течение 2-3 циклов, каждый цикл длится примерно 45 минут.Трёхступенчатая структура ротора-статора гарантировала, что размер капли постепенно уточняется во время каждой циркуляции, и система мониторинга в реальном времени регулировала скорость вращения (2000-4000 оборотов в минуту) на основе обратной связи давления для поддержания оптимальной интенсивности сдвига.
4Стадия стабилизации после эмульгификации: после завершения многоциклической эмульгизации эмульсия была перенесена в емкость для последующей обработки (корректировка pH, дефаммирование).Резервуар был оснащен низкоскоростным перемешивателем для поддержания однородности без повреждения рафинированных капельВесь процесс был полуавтоматизирован, с минимальным ручным вмешательством для подтверждения параметров.
3. Результаты осуществления и проверка результатов
После внедрения передовой системы эмульгирования и оптимизированного процесса,Данные непрерывного производства (собранные в течение 6 месяцев) и испытания качества третьими лицами подтвердили значительное улучшение качества продукции, эффективности производства и масштабируемости.
Улучшение качества продукта: распределение размеров капель эмульсии было значительно улучшено и стабилизировано.Результаты испытаний показали, что D90 эмульсии постоянно контролируется в диапазоне от 6 до 9 мкм.Уровень дефекта "рыбий глаз" в конечной пленке покрытия был снижен с 15% до менее 1%.Испытания устойчивости показали, что эмульсия не демонстрирует сепарации масла, осаждения или изменения вязкости после 30 дней хранения при температуре 50°C (ускоренное испытание старения), а срок годности был продлен с 6 месяцев до 12 месяцев.Улучшилась однородность распределения компонентов, с относительным стандартным отклонением (RSD) содержания акрилового мономера в различных образцах, уменьшенным с 4,1% до 0,9%.
Эффективность производства и снижение затрат: общее время обработки на партию 5 тонн было сокращено с 6 часов до 2 часов, что означает увеличение эффективности производства на 66,7%.Производственная мощность была увеличена с 20 тонн в день до 50 тонн в деньУпотребление энергии на партию было сокращено с 120 кВт·ч до 55 кВт·ч, что сокращает затраты на энергию на 54,2%.минимизация отходов сырья и снижение производственных затрат примерно на 28%.
Масштабируемость и соответствие процессу: полуавтоматизированная система управления гарантировала, что параметры процесса (соотношение питания, скорость вращения,Температура) может быть точно воспроизведена в различных производственных масштабах (от 50 л пилотных до 5 т промышленных партий)Конструкция из нержавеющей стали 316L и совместимость оборудования с CIP упростили процедуры очистки.сокращение времени очистки на 40% и обеспечение соответствия стандартам промышленной гигиеныМеханическая уплотнение и система очистки выхлопных газов предотвращают волатилизацию мономера, отвечая требованиям экологических выбросов.
Надежность оборудования: в течение 6 месяцев непрерывной работы система эмульгирования поддерживала стабильную производительность без незапланированного простоя.Цикл обслуживания был продлен с одного раза в месяц (традиционное оборудование) до одного раза в 6 месяцевМодульная конструкция оборудования также облегчает легкую замену износоустойчивых деталей (например, ротора, статора), минимизируя время обслуживания и сбои в работе.
4Основные выводы и заключения
Данное исследование показывает, что современное промышленное эмульгирующее оборудование в сочетании с оптимизированным процессомможет эффективно решать основные задачи традиционного производства эмульсийУспех этой реализации заключается в трех ключевых моментах:
Во-первых, предварительная дисперсия является важным предшественником высококачественной эмульгизации.уменьшение нагрузки на последующие этапы эмульгификации и повышение эффективности процесса в целомВо-вторых, многоступенчатая эмульгация с высоким срезом с мониторингом в режиме реального времени обеспечивает точный контроль распределения размера капель.что является ключом к повышению стабильности эмульсии и производительности конечного продуктаВ-третьих, полуавтоматизированное и масштабируемое проектирование оборудования имеет важное значение для промышленного производства, позволяя последовательно повторять параметры в разных масштабах и уменьшая зависимость от ручной работы.
В заключение, 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 stableЭта реализация является ценным ориентиром для промышленных производителей, стремящихся модернизировать линии производства эмульсий.подчеркивая роль передового оборудования в улучшении качества вождения, повышение эффективности и снижение затрат на промышленное производство эмульсий.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!