Trường hợp ứng dụng của thiết bị ẩm ướt nâng thủy lực
Trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm hóa học có độ nhớt cao như keo, chất niêm phong và lớp phủ nồng độ cao, trộn và nhũ hóa vật liệu,cùng với sự thuận tiện của các thiết bị vận hành và bảo trì, là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính liên tục sản xuất và chất lượng sản phẩm.và quá trình tháo dỡ và làm sạch phức tạp của chúng dẫn đến thời gian ngừng hoạt động kéo dài, điều này hạn chế hiệu quả sản xuất tổng thể của các doanh nghiệp.Trường hợp này ghi lại quy trình ứng dụng của một chất pha trộn nâng thủy lực trong một dây chuyền sản xuất chuyên sản xuất chất kết dính độ nhớt caoNó tập trung vào các đặc điểm cấu trúc của thiết bị, kịch bản ứng dụng trong sản xuất thực tế, hiệu suất hoạt động và lợi ích thực tế mà nó mang lại cho doanh nghiệp,nhằm mục đích chứng minh những lợi thế kỹ thuật và giá trị ứng dụng của thiết bị nhũ hóa nâng thủy lực trong lĩnh vực chế biến vật liệu độ nhớt cao.
1- Hậu trường nhu cầu sản xuất và các thách thức trước thiết bị
Dòng sản xuất liên quan đến trường hợp này chủ yếu sản xuất keo polyurethane độ nhớt cao, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ô tô, lắp ráp đồ nội thất và công nghiệp đóng gói.Quá trình sản xuất chính đòi hỏi phải trộn đồng đều và nhũ hóa các nguyên liệu thô như polyol, isocyanate và chất lấp (calcium carbonate, bột talc, v.v.).) để đảm bảo chất kết dính có độ bền gắn kết ổn địnhTrước khi giới thiệu các chất pha loãng nâng thủy lực,dây chuyền sản xuất sử dụng một chất pha loãng cố định với trục khuấy không thể nâng hoặc hạTrong quá trình sản xuất lâu dài, thiết bị cố định này dần dần lộ ra một loạt các vấn đề khó giải quyết.
Đầu tiên, trong giai đoạn trộn vật liệu, do độ nhớt cao của nguyên liệu polyurethane (lên đến 15.000 mPa · s) và sự hiện diện của chất lấp cứng với kích thước hạt trung bình 5-10 μm,lưỡi xoay của chất xả lỏng cố định chỉ có thể tiếp cận các phần giữa và dưới của bình phản ứngLớp trên của vật liệu không thể được khuấy trộn hoàn toàn, dẫn đến sự trộn vật liệu không đồng đều.Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy độ lệch hàm lượng chất rắn của chất kết dính trong cùng một lô đạt 3-5%, và sự đồng nhất phân tán chất lấp (được đo bằng phương pháp phân xạ laser) chỉ là 65%, không đáp ứng tiêu chuẩn nội bộ của doanh nghiệp là đồng nhất phân tán ≥ 85%.Sự trộn không đồng đều này trực tiếp dẫn đến sức mạnh gắn kết không nhất quán của chất keo hoàn thành, với sự khác biệt cường độ lên đến 15% giữa các mẫu khác nhau và tỷ lệ từ chối sản phẩm tăng lên.
Thứ hai, cấu trúc cố định của thiết bị làm cho việc làm sạch và bảo trì cực kỳ khó khăn.và các bức tường bên trong của lò nước phản ứng cần phải được làm sạch kỹ lưỡng để ngăn ngừa nhiễm trùng chéo giữa các lô vật liệu khác nhauTuy nhiên, trục xáo trộn cố định của máy xịt mỡ truyền thống có nghĩa là công nhân phải đi vào bồn nước phản ứng (với khối lượng 3 mét khối) để làm sạch bằng tay,mất 4-5 giờ mỗi lần làm sạchĐiều này không chỉ làm tăng cường độ lao động của công nhân mà còn gây ra các rủi ro an toàn tiềm tàng như hoạt động không gian kín.khi lưỡi xích hoặc niêm phong cơ học cần bảo trì hoặc thay thế, toàn bộ thiết bị phải được tháo rời, dẫn đến chu kỳ bảo trì 2-3 ngày mỗi lần.Thời gian dọn dẹp và bảo trì dài khiến dây chuyền sản xuất không hoạt động trong 8-10 giờ mỗi ngày, hạn chế đáng kể sản lượng hàng ngày, chỉ là 8 tấn, thấp hơn nhiều so với nhu cầu thị trường.
Thứ ba, các chất ướp tĩnh cố định truyền thống có khả năng thích nghi kém với độ nhớt vật liệu khác nhau.Tốc độ xáo trộn cố định (1200 rpm) không thể được điều chỉnh theo đặc điểm vật liệuĐối với các vật liệu có độ nhớt thấp, tốc độ xáo trộn quá nhanh dễ dàng gây ra sự phun nước vật liệu và tăng hàm lượng bọt (lên đến 8% của sản phẩm hoàn thành), ảnh hưởng đến hiệu suất làm cứng của keo.Đối với vật liệu độ nhớt cao, lực xáo trộn không đủ dẫn đến thời gian nhũ hóa kéo dài (lên đến 3 giờ mỗi lô) và tăng tiêu thụ năng lượng, với mức tiêu thụ năng lượng 220 kWh mỗi tấn sản phẩm,tăng đáng kể chi phí sản xuất.
Để giải quyết các vấn đề này, doanh nghiệp đã quyết định giới thiệu một chất pha trộn nâng thủy lực, hy vọng cải thiện sự đồng nhất trộn vật liệu, rút ngắn thời gian làm sạch và bảo trì,và tăng khả năng thích nghi của thiết bị với các vật liệu khác nhau thông qua chức năng nâng của thiết bị và thiết kế cấu trúc tối ưu, do đó cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
2Các đặc điểm cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của chất ẩm ướt nâng thủy lực
Máy xăng nâng thủy lực mới được giới thiệu có khối lượng bình phản ứng tương ứng là 3 mét khối, hoàn toàn tương thích với bố trí của dây chuyền sản xuất ban đầu.Các tính năng cấu trúc cốt lõi của nó bao gồm một hệ thống nâng thủy lực, một hệ thống xáo trộn có tốc độ biến đổi, một tập hợp xáo trộn có thể tháo rời và một hệ thống làm sạch tự động.Các cấu trúc này làm việc cùng nhau để giải quyết những hạn chế của các chất ướp tĩnh truyền thống và đạt được các hoạt động sản xuất hiệu quả và linh hoạt.
2.1 Đặc điểm cơ bản về cấu trúc
Hệ thống nâng thủy lực là thành phần chính của thiết bị, bao gồm xi lanh thủy lực, đường ray hướng dẫn và nhóm van điều khiển.8 mét, có thể thúc đẩy toàn bộ bộ máy khuấy động (bao gồm trục khuấy động, lưỡi dao và niêm phong cơ học) di chuyển lên và xuống tự do dọc theo đường ray hướng dẫn. Tốc độ nâng có thể điều chỉnh (0,1-0.3 m/min), và hệ thống có chức năng bảo vệ áp suất. Khi sức đề kháng nâng vượt quá áp suất thiết lập (15 MPa), hệ thống sẽ tự động dừng lại để ngăn ngừa thiệt hại thiết bị.Chức năng nâng này loại bỏ sự cần thiết cho công nhân để đi vào bình nước phản ứng cho các hoạt động và tạo điều kiện dễ dàng tháo rời và bảo trì tập hợp khuấy.
Hệ thống xáo trộn có tốc độ biến đổi được trang bị bộ chuyển đổi tần số và động cơ mô-men xoắn lớn (năng lượng 15 kW), với tốc độ xáo trộn có thể điều chỉnh trong phạm vi 300-1800 vòng/phút.Hệ thống có thể tự động điều chỉnh tốc độ xáo trộn theo độ nhớt vật liệu và giai đoạn nhũ hóaVí dụ: trong giai đoạn ban đầu của việc trộn vật liệu (với độ nhớt thấp), một tốc độ thấp (300-600 rpm) được sử dụng để ngăn chặn vật liệu phun;trong giai đoạn nhũ hóa (với độ nhớt tăng), một tốc độ trung bình đến cao (1200-1800 rpm) được áp dụng để tăng cường hiệu ứng cắt và trộn.với mỗi lưỡi dao có góc nghiêng 45 °, có thể tạo ra lưu thông vật liệu lên và xuống trong quá trình xoay, đảm bảo rằng các lớp vật liệu trên, giữa và dưới trong nồi phản ứng được trộn đầy đủ.
Bộ hỗn hợp hỗn hợp có thể tháo rời sử dụng cấu trúc vòm nối nhanh giữa trục hỗn hợp và động cơ.kết nối kẹp có thể được tháo rời bằng cách loại bỏ 6 bu lông, và toàn bộ bộ máy hỗn hợp có thể được nâng ra khỏi ấm phản ứng thông qua hệ thống nâng thủy lực, chỉ mất 30-40 phút, rút ngắn đáng kể thời gian tháo rời.Các lưỡi trộn được làm bằng thép không gỉ 316L, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và chống mòn, phù hợp với tiếp xúc lâu dài với nguyên liệu hóa học có chứa chất lấp.
Hệ thống làm sạch tự động bao gồm một vòng phun quay được lắp đặt ở dưới cùng của bộ hỗn hợp và một máy bơm nước áp suất cao (áp suất 8 MPa).Sau khi sản xuất một lô hoàn thành, bộ hỗn hợp được nâng lên độ cao 1 mét, và máy bơm nước áp suất cao được bật.Vòng phun phun nước áp suất cao vào tường bên trong của bình nước phản ứng và bề mặt của lưỡi xích ở 360 °Thời gian làm sạch được kiểm soát trong vòng 1 giờ,và hiệu ứng làm sạch có thể đạt được tiêu chuẩn vệ sinh của doanh nghiệp (không có các hạt vật liệu còn lại có thể nhìn thấy bằng mắt thường), loại bỏ các hoạt động làm sạch bằng tay.
2.2 Nguyên tắc hoạt động trong quá trình sản xuất
Trong quá trình sản xuất thực tế của chất kết dính polyurethane độ nhớt cao, chất pha trộn nâng thủy lực hoạt động trong ba giai đoạn chính: cho vật liệu và trộn, pha trộn,và làm sạch sau sản xuất.
Trong giai đoạn cung cấp và trộn vật liệu, hệ thống nâng thủy lực đầu tiên hạ bộ hỗn hợp vào bình phản ứng,và trục khuấy được đưa vào một vị trí 10 cm trên đáy của nồi nướcSau đó, các nguyên liệu thô (polyols, isocyanates) được thêm vào bình phản ứng theo tỷ lệ thông qua cổng cho ăn,và hệ thống xáo trộn có tốc độ biến đổi được thiết lập với tốc độ thấp (300 vòng / phút) để trộn trướcSau 10 phút, các chất lấp đầy rắn (calcium carbonate) được thêm vào trong khi xáo trộn, và tốc độ xáo trộn được tăng dần lên 600 rpm.Các lưỡi dao nghiêng nhiều lớp thúc đẩy các vật liệu để tạo thành một dòng chảy tròn trong chảo nước, đảm bảo rằng các chất lấp được phân tán đồng đều trong giai đoạn lỏng mà không có sự tụ tập.
Trong giai đoạn nhũ hóa, khi độ nhớt vật liệu tăng lên (đạt đến 8.000-10.000 mPa·s), tốc độ khuấy được điều chỉnh lên 1500 rpm.Các lưỡi dao quay tốc độ cao tạo ra lực cắt mạnh mẽ, phá vỡ các phân tích nhỏ của chất lấp thành các hạt riêng lẻ (kích thước hạt giảm xuống còn 2-3 μm) và thúc đẩy phản ứng đầy đủ giữa polyols và isocyanate.hệ thống nâng thủy lực có thể điều chỉnh nhẹ chiều cao của tập hợp khuấy (lên và xuống 20 cm) mỗi 30 phút để đảm bảo rằng các vật liệu trong phần trên của ấm, có xu hướng tích tụ tĩnh, tham gia đầy đủ vào quá trình nhũ hóa.ngắn hơn 50% so với thời gian nhũ hóa của thiết bị truyền thống.
Trong giai đoạn làm sạch sau sản xuất, sau khi chất kết dính hoàn thành được xả ra khỏi bình phản ứng, hệ thống nâng thủy lực nâng bộ hỗn hợp lên độ cao 1 mét.Hệ thống làm sạch tự động được kích hoạt, và vòng phun áp suất cao phun nước để làm sạch tường bên trong của bình nước và lưỡi xích.hệ thống xáo trộn hoạt động ở tốc độ thấp (300 rpm) để đảm bảo rằng dòng nước có thể bao phủ tất cả các bề mặt của lưỡi daoSau 1 giờ làm sạch, nước được xả ra, và bộ hỗn hợp được hạ xuống đáy của nồi nước để chuẩn bị cho lô sản xuất tiếp theo.
3- Hiệu suất hoạt động của chất ẩm ướt nâng thủy lực trong sản xuất thực tế
Sau khi lắp đặt và gỡ lỗi các chất pha loãng nâng thủy lực, doanh nghiệp tiến hành một sản xuất thử nghiệm hai tháng.hiệu suất hoạt động của thiết bị đã được kiểm tra toàn diện từ các khía cạnh chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất, bảo trì thiết bị và tiêu thụ năng lượng, và kết quả thử nghiệm được so sánh với dữ liệu của chất ức chế cố định truyền thống.
3.1 Cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm
Hiệu ứng rõ ràng nhất của việc sử dụng chất pha trộn nâng thủy lực là cải thiện đáng kể tính đồng nhất của việc trộn vật liệu và pha trộn.Dữ liệu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy độ lệch hàm lượng rắn của cùng một lô chất kết dính polyurethane giảm từ 3-5% (thiết bị truyền thống) xuống còn 0.8-1.2%, và sự đồng nhất phân tán chất lấp được tăng từ 65% lên 92%, hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nội bộ của doanh nghiệp.Xét nghiệm độ bền gắn kết của sản phẩm hoàn thành cho thấy sự khác biệt độ bền giữa các mẫu khác nhau giảm xuống dưới 5%, và tỷ lệ chất lượng sản phẩm được tăng từ 88% (thiết bị truyền thống) lên 99,2%, làm giảm đáng kể tỷ lệ từ chối và chất thải vật liệu.
Ngoài ra, việc kiểm soát hàm lượng bọt trong sản phẩm cũng được tối ưu hóa.hàm lượng bọt trong chất kết dính được giảm từ 8% (thiết bị truyền thống) xuống còn 20,5%, có hiệu quả tránh được vấn đề giảm sức gắn kết do bọt trong keo trong quá trình làm cứng. The storage stability test shows that the adhesive produced by the hydraulic lifting emulsifier has no delamination or sedimentation after 12 months of storage (the traditional equipment's product had delamination after 8 months), cải thiện khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường.
3.2 Tăng đáng kể hiệu quả sản xuất
Sự cải thiện hiệu quả sản xuất chủ yếu được phản ánh trong việc rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm thời gian ngừng hoạt động.thời gian nhũ hóa cho mỗi lô được giảm từ 3 giờ (thiết bị truyền thống) xuống còn 1 giờTổng thời gian cho một lô sản xuất (bao gồm cho ăn, trộn, nhũ hóa, xả,và làm sạch) được rút ngắn từ 8 giờ xuống còn 4 giờ.Các lô sản xuất hàng ngày được tăng từ 2 lô (thiết bị truyền thống) lên 4 lô, và sản lượng hàng ngày được tăng từ 8 tấn lên 16 tấn, tăng 100%,đáp ứng đầy đủ nhu cầu đặt hàng thị trường của doanh nghiệp.
Về việc giảm thời gian ngừng hoạt động, bộ hỗn hợp nhúng có thể tháo rời và chức năng nâng thủy lực đơn giản hóa đáng kể quá trình bảo trì.Khi cần thay thế niêm phong cơ học của thiết bị, thời gian tháo dỡ và lắp ráp được giảm từ 2-3 ngày (thiết bị truyền thống) xuống còn 2-3 giờ, và tần suất bảo trì được giảm từ mỗi 15 ngày một lần xuống còn mỗi 60 ngày một lần.Thời gian ngừng hoạt động bảo trì hàng năm được giảm từ 720 giờ (thiết bị truyền thống) xuống còn 72 giờ, và thời gian sản xuất thực tế của dây chuyền sản xuất tăng 15%, tiếp tục cải thiện hiệu quả sản xuất tổng thể.
3.3 Giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí lao động
Hệ thống xáo trộn tốc độ biến của chất pha trộn nâng thủy lực làm giảm tiêu thụ năng lượng hiệu quả.tiêu thụ điện mỗi tấn sản phẩm giảm từ 220 kWh (thiết bị truyền thống) xuống còn 140 kWh, giảm 36,4%. Dựa trên sản lượng hàng năm là 4.800 tấn (được tính ở mức 16 tấn mỗi ngày và 300 ngày làm việc mỗi năm), tiết kiệm năng lượng hàng năm là 4.800 tấn × (220-140) kWh / tấn = 384,000 kWhTính theo giá điện công nghiệp là 0,7 nhân dân tệ/kWh, việc tiết kiệm chi phí năng lượng hàng năm là 384.000 nhân dân tệ/kWh × 0,7 nhân dân tệ/kWh = 268.800 nhân dân tệ.
Về chi phí lao động, hệ thống làm sạch tự động loại bỏ sự cần thiết của các hoạt động làm sạch bằng tay trong bình phản ứng,giảm số lượng nhà khai thác trên mỗi dây chuyền sản xuất từ 4 (hai người cho hoạt động sản xuất và hai người cho làm sạch) xuống còn hai người (chỉ cho hoạt động sản xuất và giám sát). Dựa trên mức lương hàng tháng là 6.000 nhân viên, tiết kiệm chi phí lao động hàng năm là (4-2) × 6.000 nhân viên / tháng × 12 tháng = 144.000 nhân viên.việc giảm việc làm sạch bằng tay cũng làm giảm nguy cơ hoạt động trong không gian kín, cải thiện an toàn của địa điểm sản xuất và giảm chi phí quản lý an toàn của doanh nghiệp.
4. Lợi ích ứng dụng dài hạn và biểu hiện giá trị
Sau khi máy ẩm ướt nâng thủy lực chính thức được đưa vào hoạt động trong 8 tháng, doanh nghiệp đạt được lợi ích kinh tế đáng kể và cải tiến hoạt động,và giá trị ứng dụng lâu dài của thiết bị được chứng minh thêm.
Về mặt lợi ích kinh tế, sự gia tăng năng lực sản xuất và tỷ lệ sản phẩm có trình độ trực tiếp thúc đẩy tăng doanh thu bán hàng.Khối lượng bán hàng hàng tháng của doanh nghiệp tăng từ 240 tấn (trước khi thay thế thiết bị) lên 480 tấn, và giá sản phẩm vẫn ổn định ở mức 18.000 nhân dân tệ / tấn. doanh thu bán hàng hàng tháng tăng từ 4,32 triệu nhân dân tệ lên 8,64 triệu nhân dân tệ, tăng 100%.giảm tiêu thụ năng lượng, chi phí lao động và chất thải vật liệu (do giảm tỷ lệ từ chối) làm giảm chi phí sản xuất toàn diện cho mỗi tấn sản phẩm từ 15.000 nhân dân tệ xuống còn 13.800 nhân dân tệ, giảm 8%.Lợi nhuận hàng tháng tăng từ 960,000 nhân dân tệ (240 tấn × (18.000-15.000) nhân dân tệ/ton) đến 2,016,000 nhân dân tệ (480 tấn × (18.000-13.800) nhân dân tệ / tấn), tăng 110%, cải thiện đáng kể lợi nhuận của doanh nghiệp.
Về quản lý hoạt động,Hệ thống điều khiển thông minh của chất pha trộn nâng thủy lực (được trang bị giao diện điều hành màn hình cảm ứng) nhận ra việc ghi lại và lưu trữ tự động các thông số sản xuất (tốc độ khuấy)Các doanh nghiệp có thể theo dõi quá trình sản xuất của mỗi lô sản phẩm thông qua hệ thống, thuận tiện cho kiểm soát chất lượng và lập kế hoạch sản xuất.Ngoài ra, tần suất bảo trì thấp của thiết bị và hoạt động đơn giản làm giảm các yêu cầu về trình độ kỹ thuật của các nhà khai thác,Giảm chi phí đào tạo nhân viên mới và cải thiện sự ổn định của đội ngũ sản xuất.
Về mặt mở rộng thị trường,Chất lượng sản phẩm ổn định và năng lực sản xuất đầy đủ cho phép doanh nghiệp thực hiện đơn đặt hàng quy mô lớn từ các nhà sản xuất ô tô và các doanh nghiệp đồ nội thấtVí dụ, doanh nghiệp đã ký thành công một hợp đồng cung cấp hàng năm 1.200 tấn với một nhà sản xuất nội thất ô tô hàng đầu,mà sẽ không thể thực hiện được với năng lực sản xuất của thiết bị truyền thốngĐiều này không chỉ mở rộng thị phần của doanh nghiệp mà còn tăng cường ảnh hưởng thương hiệu của nó trong ngành công nghiệp keo cao độ.
Về mặt bảo vệ môi trường và an toàn, hệ thống làm sạch tự động làm giảm tiêu thụ nước làm sạch (từ 5 mét khối mỗi lô xuống còn 2 mét khối mỗi lô),và nước thải có thể được tái chế sau khi xử lý đơn giản, giảm ô nhiễm môi trường. Việc loại bỏ các hoạt động không gian kín bằng tay làm giảm sự xuất hiện của tai nạn an toàn,và doanh nghiệp đã đạt được không sự cố an toàn liên quan đến vận hành và bảo trì thiết bị kể từ khi thiết bị được đưa vào sử dụng, tạo ra một môi trường sản xuất an toàn và thân thiện với môi trường.
5Tóm tắt về hiệu ứng ứng dụng
Ứng dụng chất pha loãng nâng thủy lực trong dây chuyền sản xuất chất kết dính polyurethane độ nhớt cao đã giải quyết hiệu quả các vấn đề mà doanh nghiệp phải đối mặt,như trộn vật liệu không đồng đều, thời gian dọn dẹp và bảo trì dài, tiêu thụ năng lượng cao và công suất sản xuất thấp.Sản xuất thử nghiệm hai tháng và dữ liệu hoạt động chính thức tám tháng cho thấy thiết bị có lợi thế đáng kể trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường.
Về chất lượng sản phẩm: Độ đồng nhất phân tán chất lấp tăng 27 điểm phần trăm, tỷ lệ đủ điều kiện sản phẩm tăng 11,2 điểm phần trăm,hàm lượng bọt giảm 50,5 điểm phần trăm, và thời gian lưu trữ được kéo dài thêm 4 tháng, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng cao của các ngành công nghiệp hạ lưu cho chất kết dính.
Về hiệu quả sản xuất: Lượng sản xuất hàng ngày tăng gấp đôi (từ 8 tấn lên 16 tấn), chu kỳ sản xuất mỗi lô được rút ngắn 43,75%, và thời gian ngừng hoạt động bảo trì hàng năm được giảm 90%,cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động và khả năng đáp ứng nhu cầu thị trường của dây chuyền sản xuất.
Về kiểm soát chi phí: Tiêu thụ điện
