Estudio de caso: Emulsionador de entrada inferior de alta cizalladura en la optimización del proceso de emulsión industrial
En la producción industrial que implica el procesamiento de materiales en varias fases, la emulsificación es un procedimiento clave que afecta directamente el rendimiento del producto, la estabilidad de almacenamiento y el costo de procesamiento.Para los fabricantes dedicados a la producción de recubrimientos a base de agua, adhesivos y emulsiones de polímeros, que permiten una dispersión completa de las fases de aceite y agua inmiscibles,evitar la sedimentación de materiales en hervidores de gran volumen y garantizar la consistencia del producto de lote en lote han sido durante mucho tiempo los principales desafíos que restringen el desarrollo de la producciónEste estudio de caso explica cómo un fabricante resolvió con éxito estos cuellos de botella del proceso mediante la introducción de un emulsionador de entrada de fondo de alta cizalladura.y presenta los efectos específicos de las aplicaciones y las mejoras de los procesos de manera objetiva.
1Antecedentes de producción y desafíos existentes
El fabricante se dedica a la producción de emulsiones funcionales a base de agua, que se utilizan ampliamente en revestimientos arquitectónicos, adhesivos para madera y otros campos.Antes de adoptar el emulsionante de entrada de fondo de alta cizalladuraLa empresa utilizó para las operaciones de emulsificación agitadores tradicionales de paleta montados en la parte superior.Las calderas de reacción de gran volumen de 5000L y 8000L se convirtieron gradualmente en el equipo de producción principal, y las limitaciones de los agitadores tradicionales se hicieron cada vez más evidentes, lo que trajo una serie de problemas al proceso de producción.
Los principales retos en el proceso de producción son los siguientes:
- Efecto de emulsificación insuficiente y mala estabilidad del producto: La fuerza de corte generada por el tradicional agitador de paletas montado en la parte superior es relativamente débil y sólo puede lograr una mezcla simple de materiales,pero no puede romper eficazmente las gotas de aceite y las partículas sólidas en el sistema de emulsiónLa emulsión preparada tiene un gran tamaño medio de partículas (alrededor de 45-60 μm) y la distribución del tamaño de las partículas es desigual.que afecte a la calidad del producto y a la experiencia del usuarioLa tasa de calificación del producto se mantiene durante mucho tiempo en alrededor del 87%.
- Sedimentación de material grave y agitación de zonas muertas: Debido al gran volumen de la caldera de producción y al limitado rango de agitación del agitador montado en la parte superior, el efecto de agitación es difícil de cubrir las zonas inferior y lateral de la caldera.Una gran cantidad de aditivos sólidos en polvo y materiales de alta viscosidad son fáciles de depositar en el fondo de la teteraEstos materiales sedimentados no pueden mezclarse completamente con el sistema principal, lo que no sólo causa desperdicio de materias primas,pero también conduce a un contenido de componentes inconsistentes en el producto final, lo que resulta en grandes diferencias de rendimiento entre lotes.
- Ciclo de producción largo y baja eficiencia de producción: Para mejorar al máximo el efecto de emulsión, el fabricante tuvo que ampliar el tiempo de agitación a 9-11 horas por lote.sólo se pueden producir 2 lotes de productos al díaAl mismo tiempo, la operación de agitación prolongada también aumenta el costo de mano de obra y el costo de gestión de la empresa.
- Alto consumo energético y coste de mantenimiento: El agitador tradicional montado en la parte superior necesita mantener una potencia de salida alta durante mucho tiempo para garantizar el efecto de mezcla, lo que resulta en un alto consumo de energía.El consumo de energía por lote alcanza los 380 kWhAdemás, el eje y las hojas del agitador son fáciles de adherir a los materiales, y el trabajo de limpieza después de cada lote dura 2,5-3 horas.El desgaste de los rodamientos y los sellos es grave durante el funcionamiento, que requiere mantenimiento cada 1,5-2 meses, lo que aumenta aún más el coste de producción.
2Selección de los equipos y características técnicas
Después de realizar investigaciones en profundidad sobre el proceso de producción, analizar las propiedades de los materiales y los requisitos del proceso, y realizar múltiples pruebas in situ y demostraciones técnicas,el fabricante finalmente decidió adoptar el emulsionador de entrada de fondo de alto corte para reemplazar el agitador de paletas tradicional montado en la parte superiorEl equipo está especialmente diseñado para herramientas de reacción de gran volumen, con la cabeza de trabajo instalada en el fondo de la herramienta.que puede actuar directamente sobre los materiales en el fondo de la teteraLas características técnicas principales del equipo son las siguientes:
- Configuración de potencia: Equipado con un motor de conversión de frecuencia de alta eficiencia de 45 kW, que puede realizar una regulación de velocidad sin pasos en el rango de 500-3000 rpm,adecuado para el procesamiento por emulsión de materiales de lotes de 4000-10000L, que coincide plenamente con las teteras de producción de 5000L y 8000L del fabricante.
- Estructura del rotor-estator: Adopción de un conjunto rotor-estator dentado de tres capas con un espacio de ajuste de precisión de 0,15-0,4 mm.El diseño especial de la forma del diente puede generar una fuerte fuerza de cizallamiento y flujo turbulento cuando el rotor gira a alta velocidad, quebrando eficazmente las gotas de aceite y las partículas sólidas en el sistema de material en partículas pequeñas.
- Selección del material: Todas las piezas en contacto con los materiales están hechas de acero inoxidable 316L, que tiene una excelente resistencia a la corrosión y al desgaste.que cumpla los requisitos de la producción industrial para la limpieza de los materiales y evite la contaminación de los materiales.
- Sistema de sellado: Adopción de una estructura de sellado mecánico de doble extremo con funciones de enfriamiento y lavado,que pueda prevenir eficazmente las fugas de material y garantizar el funcionamiento estable del equipo en condiciones de rotación de alta velocidad y de trabajo a alta temperaturaLa vida útil de los sellos es significativamente más larga que la de los sellos tradicionales.
- Sistema de control: Equipado con un sistema de control inteligente PLC, que puede realizar el control automático del proceso de emulsificación.tiempo de trabajo y temperatura del material de acuerdo con diferentes fórmulas del material, y tiene las funciones de alarma de fallas y registro de datos, lo que es conveniente para la gestión de la producción y el seguimiento de la calidad.
El principio de funcionamiento del emulsionador de entrada de fondo de alto corte es el siguiente: cuando el equipo está en funcionamiento, el rotor gira a alta velocidad,que forma una fuerte presión negativa en el espacio entre el rotor y el estator, que aspira los materiales en la parte inferior y superior de la caldera a la zona de corte.extrusión centrífuga, la fricción y el impacto de la capa líquida, de modo que las grandes gotas de aceite y las partículas sólidas se rompen y refinan rápidamente.el flujo de materiales de alta velocidad impulsa la circulación general de materiales en la tetera, para que todos los materiales puedan mezclarse y emulsionarse completamente, y finalmente se forme un sistema de emulsión uniforme y estable.
3Efectos de las aplicaciones y análisis de datos
Después de la puesta en producción oficial del emulsionador de entrada de fondo de alto corte, el fabricante realizó una prueba comparativa de dos meses entre el nuevo equipo y el agitador tradicional.Durante el período de prueba, la fórmula del material y los parámetros del proceso de producción se mantuvieron constantes y la calidad del producto, la eficiencia de la producción,El consumo de energía y otros indicadores se detectaron y analizaron de manera exhaustivaEl efecto de la aplicación fue significativamente mejor de lo esperado y los principales indicadores mejoraron considerablemente.
3.1 La calidad del producto mejora significativamente
El tamaño de las partículas de la emulsión producida por el nuevo equipo fue detectado por un analizador de tamaño de partículas láser.Los resultados mostraron que el tamaño medio de las partículas de la emulsión se redujo de 52 μm (agitador tradicional) a 1 μm.El ensayo de estabilidad de la emulsión mostró que después de 8 meses de almacenamiento estático a temperatura ambiente, la concentración de la emulsión se redujo en un 75%.no hubo separación de fasesLa tasa de calificación del producto aumentó del 87% al 98,8%.y el número de productos defectuosos causados por problemas de emulsificación disminuyó en un 95%.
Además, se ha mejorado significativamente la coherencia del rendimiento del producto entre lotes.El contenido de sólidos y la adhesión muestran que el coeficiente de variación (CV) de cada indicador se reduce de 9Entre el 0,5% y el 1,2%, lo que garantiza efectivamente la uniformidad de la calidad del producto y satisface los estrictos requisitos de los clientes intermedios para el rendimiento del producto.
3.2 La eficiencia de la producción mejora considerablemente
Debido a la gran eficiencia de corte del emulsionador de entrada de fondo de alto corte, el tiempo de emulsión por lote se acorta de 9 a 11 horas a 3,5 a 4,5 horas, una reducción de un 60% en promedio.La capacidad de producción diaria se incrementa de 2 lotes a 5-6 lotesEn la actualidad, la producción se incrementa en un 160% mensual sin aumentar el número de trabajadores y el personal operativo, y el tiempo de limpieza después de cada lote se reduce de 2.5-3 horas a 30-45 minutos, lo que reduce en gran medida el tiempo de no producción y mejora la capacidad de producción continua del equipo.
3.3 Se reducen el consumo de energía y los costes de mantenimiento
Aunque la potencia del emulsionador de entrada de fondo de alto corte es de 45 kW, lo que es superior a la del agitador tradicional montado en la parte superior (32 kW),la reducción significativa del tiempo de trabajo reduce el consumo de energía por lote de 380 kWh a 171 kWhEn base a la producción anual de 300 lotes, el costo anual de energía puede ahorrarse más de 200.000 yuanes.
En cuanto al mantenimiento, la estructura de sellado mecánico de doble extremo y la selección de materiales de alta calidad reducen el desgaste de los componentes del equipo.De 5 a 2 meses a una vez cada 8-10 mesesDurante el período de prueba de dos meses, el equipo funcionó de manera estable sin ningún tipo de apagado por error.garantizar la continuidad y la estabilidad del proceso de producción.
3.4 Se mejora la tasa de utilización de los materiales
La cabeza de trabajo montada en el fondo del emulsionador de entrada de fondo de alto corte puede agitar completamente los materiales en el fondo de la tetera, eliminando completamente la zona muerta de agitación.Se resuelve el problema de la sedimentación de aditivos sólidos en polvo y materiales de alta viscosidadLa tasa de utilización de las materias primas se incrementa del 91% al 99,5%, lo que reduce el desperdicio anual de materias primas en más de 10 toneladas.que reduce aún más el coste de producción de la empresa.
4Conclusión
La aplicación del emulsionante de entrada de fondo de alto corte ha resuelto eficazmente los problemas de larga data del fabricante en el proceso de producción de emulsión, como la emulsión desigual,Si bien ha mejorado significativamente la calidad del producto y la eficiencia de producción, también ha reducido considerablemente los costes de producción,mejorar la competitividad de la empresa en el mercado.
Este caso demuestra plenamente que para los fabricantes industriales con grandes volúmenes, alta viscosidad y necesidades de emulsión de materiales multifase,El emulsionador de entrada de fondo de alta cizalladura tiene ventajas obvias sobre los equipos de mezcla tradicionalSu diseño único montado en el fondo, su fuerte capacidad de corte y su sistema de control inteligente pueden optimizar eficazmente el proceso de emulsificación, mejorar la eficiencia de producción y la calidad del producto.y aportar beneficios económicos significativos a la empresa.
En la actualidad, el fabricante ha popularizado el emulsionante de entrada de fondo de alto corte en todas sus líneas de producción y ha logrado buenos resultados de aplicación.Esta experiencia de aplicación exitosa puede proporcionar una referencia valiosa para otros fabricantes similares en la industria para optimizar el proceso de producción de emulsificación y realizar la actualización industrial..
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