高剪切乳化機(jī)在乳化瀝青、改性瀝青生產(chǎn)中的應(yīng)用
一、高剪切乳化機(jī)的起源、應(yīng)用和發(fā)展
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目前在世界上通行的乳化機(jī)代表基本上分為三大派系,即美國(guó)ROSS公司,日本TK公司及德國(guó)IKA公司。
1、美國(guó)ROSS公司是由美國(guó)查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建,是專業(yè)性混合設(shè)備制造公司,以生產(chǎn)混合器、混合機(jī)和研磨機(jī)而聞名于世。ROSS公司的乳化機(jī)具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能,其特點(diǎn)是中心吸料徑向噴射式,以湍流混合為主體,液體的翻動(dòng)劇烈,分散、混合、乳化作用明顯。
2、日本TK公司,其公司正式名稱叫特殊機(jī)化工業(yè)株式會(huì)社,創(chuàng)立于1927年(大阪福鳥區(qū))。其乳化機(jī)的特點(diǎn)是軸流式剪切乳化,主要考慮流體上下翻動(dòng),呈周期復(fù)合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè),在中國(guó)的典型應(yīng)用代表是北京資生堂。
3、德國(guó)IKA公司,具有上百年歷史的德國(guó)IKA公司在全球有很多分公司,中國(guó)廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實(shí)驗(yàn)室分析設(shè)備方面有著優(yōu)勢(shì),產(chǎn)品注重以分散為主體的功能,因而,在需要進(jìn)行剪切的工況下,就明顯的力不從心,另外在大型工業(yè)設(shè)備方面不具有優(yōu)勢(shì),其用戶代表有深圳小護(hù)士。
高剪切技術(shù)具有卓越的混合、粉碎、分散、乳化等功能,對(duì)于SBS、SBR等高分子彈性材料有特別顯著的粉碎效果,能有效解決各類物料的粉碎、乳化難題,取代了傳統(tǒng)的膠體磨設(shè)備。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比,具有能耗低、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、超細(xì)化四大優(yōu)勢(shì)。由于高剪切技術(shù)具有超強(qiáng)的粉碎、乳化功能,從而贏得了巨大的市場(chǎng)。過(guò)去改性瀝青的生產(chǎn)只能依靠進(jìn)口設(shè)備,而今天高剪切已取代了進(jìn)口膠體磨,使改性瀝青生產(chǎn)的設(shè)備終于國(guó)產(chǎn)化。
管線式高剪切分散乳化機(jī)是用于連續(xù)生產(chǎn)或循環(huán)處理精細(xì)物料的高性能設(shè)備,在狹窄空間的腔體內(nèi),裝有1-3組偶咬合的多層定轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生強(qiáng)勁的軸向吸力將物料吸入腔體。在Z短的時(shí)間內(nèi)對(duì)物料分散、剪切、乳化處理,使粒徑分布范圍變窄,由此可制得精細(xì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定的產(chǎn)品。
管線式高剪切分散乳化機(jī)是把九臺(tái)高剪切乳化機(jī)融為一體,用一臺(tái)三級(jí)管線式乳化泵就可以一次完成,節(jié)約能耗,降低了生產(chǎn)成本。目前國(guó)內(nèi)的改性瀝青設(shè)備制造廠家,主要采用以研磨為主、剪切為輔的設(shè)備,整個(gè)工藝流程需要三臺(tái)膠體磨來(lái)工作,既增加了設(shè)備總投資,Z終的細(xì)度還是不盡人意,而乳化機(jī)不同于傳統(tǒng)的膠體磨,傳統(tǒng)膠體磨每臺(tái)只有一對(duì)磨盤,每對(duì)磨盤Z多二層結(jié)構(gòu),乳化機(jī)有三級(jí)轉(zhuǎn)、定子結(jié)構(gòu),每級(jí)六層,生產(chǎn)效率相當(dāng)于膠體磨的9倍。生產(chǎn)過(guò)程中物料經(jīng)一次剪切,細(xì)度可達(dá)到0.5μm以下,大大提高了產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì),確保了用戶產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,目前威宇的此項(xiàng)技術(shù)已成功的解決了SBS離析和改性瀝青再乳化的世界性難題,并且已獲得七項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利,產(chǎn)品質(zhì)量獲得了英國(guó)MOODY國(guó)際認(rèn)證證書,實(shí)現(xiàn)了國(guó)人“國(guó)際品質(zhì),本土價(jià)位”的愿望。
?。ǘ?yīng)用
高剪切乳化機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,諸如粘合劑、油漆涂料、化妝品、食品、藥品、塑料樹脂、印染、油墨、瀝青等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。
精細(xì)化工:塑料、填料、膠粘劑、樹脂、硅油、密封劑、漿料、表面活性劑、碳黑、消泡劑、光亮劑、皮革助劑、混凝劑等
石油化工:重油乳化、柴油乳化、潤(rùn)滑油
日用化工:洗衣粉、濃縮洗衣粉、液體洗滌劑、各類化妝品、護(hù)膚品
涂料油墨:乳膠漆、內(nèi)外墻涂料、水性油性涂料、納米涂料、涂料助劑、印刷油墨、打印墨水、紡織染料、顏料
生物醫(yī)藥:糖衣、注射劑、抗菌素、蛋白質(zhì)分散劑、藥乳膏、保健品
農(nóng)藥化肥:殺蟲劑、除草劑、藥乳油、農(nóng)藥助劑、化肥
食品工業(yè):巧克力外殼、水果漿、芥茉、渣餅、色拉調(diào)料、軟飲料、芒果汁、番茄漿、糖溶液、食用香精、添加劑
納米材料:納米碳酸鈣、納米涂料、各類納米材料添加劑
道路瀝青:普通瀝青、改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青
?。ㄈ┌l(fā)展
l 1988年,D一臺(tái)高剪切乳化機(jī)在中國(guó)試制成功(原國(guó)營(yíng)啟東長(zhǎng)江廠)
l 2000年,D一臺(tái)高剪切乳化機(jī)在納米碳酸鈣的合成中成功應(yīng)用(內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù))
l 2001年,D一臺(tái)高剪切乳化機(jī)應(yīng)用于瀝青 (上海威宇和長(zhǎng)安大學(xué)合作)
l 2002年,國(guó)內(nèi)200KW乳化機(jī)應(yīng)用成功(克拉瑪依煉油廠)
l 2004年,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)用管線式乳化機(jī)(泵)以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功(北京某研究所)
二、高剪切乳化機(jī)的工作原理
高剪切乳化泵是乳化及改性瀝青設(shè)備系統(tǒng)的核心部分,瀝青乳化的成功與否、生產(chǎn)能力及效率的高低很大程度上取決于乳化泵的性能。
1、高剪切乳化機(jī)具有以下幾項(xiàng)基本功能:
l 剪切作用
?。?)物料通過(guò)轉(zhuǎn)子外徑與定子內(nèi)徑瞬間受到強(qiáng)力的機(jī)械剪切作用。
(2)復(fù)雜而激烈的流體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)顆粒相互撞擊,以及顆粒與轉(zhuǎn)定子進(jìn)行撞擊,從而形成不可小視的液力剪切作用。
l 摩擦(揉搓)作用
物料在轉(zhuǎn)子外徑與定子內(nèi)徑間受到強(qiáng)力的研磨和撕裂。
l 泵送混合作用
通過(guò)轉(zhuǎn)子割槽和葉片的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)流體離心運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生泵送作用。轉(zhuǎn)子割槽與定子割槽及離心葉片的攪動(dòng),產(chǎn)生混合作用。
2、工作原理:
在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子推動(dòng)物料作離心運(yùn)動(dòng),使轉(zhuǎn)子中心部分形成強(qiáng)大的負(fù)壓,吸引乳化機(jī)進(jìn)料口的物料向中心運(yùn)動(dòng)。大小不等的多組份物料擠出多層轉(zhuǎn)子和定子割槽的瞬間被相對(duì)線速度高達(dá)36m/s(?290轉(zhuǎn)子,無(wú)定子乳化泵為72m/s)的鋒刃、撞擊、切割、撕裂的粉碎。與此同時(shí),不可小視的翻江倒海般的液力剪切同步發(fā)生作用,也就是機(jī)械剪切與液力剪切同時(shí)在作用,使顆粒間互相研磨、撞擊。好不容易通過(guò)這道門檻的細(xì)小粒子又不知不覺被第二個(gè)負(fù)壓中心吸住。一些尚未散架的疏松粒子,經(jīng)不住負(fù)壓的催激素被裂化成更小的顆粒,反過(guò)來(lái),一些被負(fù)壓洗禮過(guò)的粒子變得更容易被分散,細(xì)小固體顆粒與液滴的親和與排斥不斷進(jìn)行,從而分散乳化,便在不知不覺中一次性完成。