Загрузка порошка и диспергирование, эффективно и без пыли

Рис. 9 Модуль Ystral Conti-TDS с емко-стью на тензодатчиках, подача порошка из Big Bag станцииПорошковые материалы используются практически в каждом продукте лакокрасочных производств. Они используются во всех клеях, герметиках, строительной химии. Порошки используются в качестве пигментов и наполнителей, загустителей или матирующих агентов, консервантов, усилителей адгезии, противоосаждающих веществ, тиксотропных агентов и многое другое.
Ystral предлагает технологию загрузки порошков, которая отличается от всех других технологий, имеющихся на рынке. Она настолько эффективна, что затраты на производство могут быть сведены к 1/10 расходов, связанных с традиционными методами.

Д-р Ханс Иоахим Якоб, Компания Ystral

Ystral Conti-TDS представляет собой оборудование, предназначенное для введения порошков на порядок более эффективно, чем это могут сделать любая мешалка или диссольвер. Оно работает по принципу «ротор-статор» и создает сильный вакуум именно в зоне с самой высокой скоростью сдвига. Этот вакуум используется для введения порошка непосредственно в зону высокой скорости сдвига, где он сразу же полностью смачивается и диспергируется.

Если сравнивать эффект диспергирования Conti-TDS с традиционными системами, можно увидеть удивительные результаты. Наиболее важным параметром, характеризующим эффект диспергирования, является градиент сдвига, который определяется отношением скорости сдвига, к расстоянию между ротором и статором. Градиент сдвига мешалок обычно около 20 с-1, диссольвер обеспечивает около 50 с-1. Conti-TDS создает градиент сдвига 50000 с-1, то есть в тысячу раз выше, чем у диссольвера. Удельная энергия диспергирования также в тысячу раз выше.

Пять шагов в одном
Желательным результатом процесса добавления порошка в лаки, чернила, покрытия и любые другие дисперсии является полное смачивание, де-агломерация и равномерное распределение твердых частиц в жидкости. Этот процесс обычно состоит из пяти этапов: опорожнение мешка или контейнера, транспортировка порошка, введение порошка, смачивание и, наконец, диспергирование.
При использовании Conti-TDS все эти пять этапов обеспечиваются одной машиной. Это сокращает весь процесс, а также снижает общие затраты производства (TDS = Transport and Dispersing System).
Дозирование пигментов в традиционных процессах обычно приводит к пылеобразованию. Одно из основных преимуществ принципа TDS – это отсутствие пыли и потерь порошка в процессе производства.

Загрязнение рабочей зоны, а также угрозы для здоровья персонала полностью избегаются. Вакуум при всасывании создается не внешним насосом или другой системой пневмотранспорта, а самой жидкостью. Все количество порошка передается в жидкость без загрязнения атмосферы рабочей зоны.
За счет создаваемого разряжения происходит разгрузка мешка или бункера, транспортировка, и введение порошка в жидкость в одно и то же время. Дополнительное транспортирующее оборудование и системы для сбора пыли уже не требуются. Это означает, что все расходы, связанные с приобретением, эксплуатацией, обслуживанием и контролем систем сбора пыли устраняются, также как и дополнительные затраты на обслуживание фильтров.
Пыль не касается поверхности жидкости до диспергирования; предотвращается образование частично смоченных агломератов, а это общая проблема с промышленными диссольверами и мешалками. Пресловутые порошковые налеты на стенках, крышке и валу мешалки, которые потом попадают в бак диссольвера и ухудшают качество продукта, не образовываются при использовании Conti-TDS.

Рис. 1 Ystral Conti-TDS со станцией разгрузки Big-Bag между двумя технологическими танками

 

 

 

 

 

 

Защита от взрыва
Загрузка порошка в открытые сосуды с легковоспламеняющимися жидкостями или растворителями при использовании диссольвера или мешалки, крайне опасна. Хорошо известно, что легко воспламеняем не сам жидкий растворитель, а его пары. Кроме того, часто забывают, что порошок всегда содержит кислород, который способствует воспламенению. Порошок при высыпании может вызвать искру. Для зажигания паров растворите-ля, даже небольшой искры с низкой энергией зажигания более чем достаточно.
При использовании Conti-TDS, порошок не насыпается в сосуд с парами, а подается в циркулирующую жидкость под вакуумом. Из-за всасывающего эффекта никаких легковоспламеняющихся паров не образуется. Вследствие этой простой меры безопасности, оборудование Conti TDS было сертифицировано как взрывозащищенное (ATEX).

Смачивание и диспергирование
Выбор подходящего метода смачивания и диспергирования имеет огромное влияние на многие характеристики, такие как оптические характеристики, устойчивость к погодным явлениям, стабильность при хранении.
Рис. 2 Результат диспергирования

 

 

 

 

 

Рис. 2: Результат диспергирования диссольвером и Conti-TDS для автоэмалей

Порошки имеют очень высокую удельную поверхность. У ультратонких пигментов и высокодисперсной двуокиси кремния, она может быть более 300 000 м²/кг. Это при-водит ко многим проблемам для стандартных методов загрузки, так как порошок насыпают на поверхность жидкости, которая имеет площадь лишь несколько квадратных метров. Создаются агломераты или комки, которые смочены недостаточно.
С другой стороны, Conti-TDS немедленно обеспечивает полное распределение порошка непосредственно в сдвиговом поле между быстро вращающимся ротором и статором.

Рис. 3 Ystral Conti-TDS с всасывающим шлангом для беспыльного всасы-вания порошков

 

 

 

 

 

 

 

В этой зоне сдвига смачивающая поверхность жидкости увеличивается в несколько миллионов раз, и соответствует поверхности порошка. Максимальный диспергирующий эффект достигается непосредственно во время процесса смачивания. Это также приводит к гораздо лучшим свойствам продукта по сравнению с результатом любого традиционного метода загрузки порошков.
Недостаток энергии сдвига во время загрузки порошка не может быть компенсирован позже во время производственного процесса, даже при увеличении времени диспергирования. Это означает, что энергия сдвига на первом этапе процесса смачивания должна быть как можно выше. Надо сказать, однако, что некоторые продукты не нуждаются в сильном диспергировании, так как возможен эффект передиспергирования (например, растворение гранулированного связующего в растворителе, введение эффектных пигментов, чувствительных к силе сдвига и т.д.). Для таких случаев статор машины просто может быть удален без каких-либо проблем. Conti-TDS может производить смачивание в вакууме без заметного усилия сдвига.

Продукты с высокой вязкостью
Оборудование Conti-TDS предлагается в восьми различных типоразмерах с диапазоном мощности от 7,5 до 250 кВт, в зависимости от области применения. Они могут быть оснащены различными устройствами подачи порошка или диспергирующими механизмами. В низком и среднем диапазоне вязкости, машины транспортируют жидкости самостоятельно.
Только когда необходимо осуществить подачу порошка в среды с высокой вязкостью, такие как чернила для офсетной печати, полиуретановые материалы, клеи, уплотни-тельные материалы, необходимо установить дополнительный насос объемного типа на выходе из машины.

Рис. 4 Conti-TDS с дополнительным насосом для производства высоковязкого уплотнительного материала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4: Conti-TDS с дополнительным насосом для производства высоковязкого уплотнительного материала

Для производства продуктов с низкой вязкостью, например, лаков и красок, нет необходимости специально увеличивать вязкость для подачи в них порошков. Вязкость жидкости оказывает наибольшее влияние на эффект смачивания и диспергирования. Жидкости с низкой вязкостью, естественно, легче и намного быстрее смачивают порошки, чем жидкости с высокой вязкостью.
Диссольвер, с другой стороны, требует высокую вязкость, так как образующийся эффект сдвига может привести выплескиванию продуктов с низкой вязкостью из емкости из-за высокой скорости вращения диска диссольвера. Такая высокая вязкость не является оптимальной для смачивания порошка, так как агломераты неизбежно образовываются и энергия машины тратится впустую, чтобы раз-рушить их снова.
Conti-TDS работает совершенно по-другому. Градиент сдвига, а также удельная энергия сдвига Conti-TDS в тысячу раз больше по сравнению с градиентом сдвига диска диссольвера. По этой причине, работа Conti-TDS не зависит от высокой вязкости для создания сопоставимого диспергирующего эффекта, позволяя на этапе диспергирования работать при низких значениях вязкости и при этом достигать полного смачивания продукта.
Скорость введения порошка также достигает больших значений в диапазоне низких вязкостей жидкостей. Производительность Conti-TDS не связана с размером емкости или уровня заполнения. Работа как с малыми, так и с крупными емкостями не вызывает абсолютно никаких проблем. Если в нижней части емкости установлена мешалкаYstral Jetstream mixer, то возможно производить разные объемы продукта (рис. 8).

Установка и функционирование
Также как и поточные диспергирующие машины, Conti-TDS устанавливается за пределами емкости и подключается при помощи системы трубопроводов или гибких шлангов. Машина работает независимо от размера емкости или уровня ее заполнения.

Рис. 5 Подсоединение ystral Conti-TDS к емкости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5: Подсоединение ystral Conti-TDS к емкости

Очень часто машина подключается не только к одной емкости, но также и к двум или большему количеством емкостей. (Рис. 1) Существует даже возможность интеграции машины в существующие системы, при этом практически не требуется производить больших изменений (без установки новых фланцев, без перемещения другого оборудования и т.д.)

Машина может работать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, и фланцевые соединения могут быть легко адаптированы к ситуации на месте. Изредка машина устанавливается на тележке с колесами для возможности ее перемещения, и используется в лакокрасочной промышленности для применения в нескольких местах.
Место установки CONTI-TDS может быть выбрано таким образом, что усилие для транспортировки порошка может быть уменьшено до минимума. Подъем мешков на платформу емкости может быть исключен.
Все TDS-машины создают всасывающий вакуум непосредственно в потоке жидкости. Этот вакуум используется для введения порошка прямо из мешка, силоса, биг-бега или контейнера в жидкость, немедленно смачивая и диспергируя порошок. Порошок и жидкость достигают смеситель-ной камеры по разным линиям, и приходят в соприкосновение друг с другом только в зоне диспергирования. Там смесь диспергируется при помощи высокого усилия сдвига и вакуума. Это позволяет производить концентраты твердых веществ, которые не могут быть созданы мешалками или дисольверами.
Другим важным аспектом является оптимальная и всегда постоянная подача порошка, не зависимая от действий оператора. Эта проблема является частой при использовании диссольверов, один опера-тор осторожно сыпет порошок очень медленно, и прямо в водоворот, создаваемый диссольвером, а другой высыпает мешок в емкость весь сразу. Результаты диспергирования в конце этих процессов совершен-но разные и не могут быть изменены, независимо от времени и энергии диспергирования. Качество конечного продукта значительно отличается.

Очень часто мы сталкиваемся с процесса-ми, в которых полупрозрачные лаки для дерева или клеи должны созреть в течение нескольких часов или дней до заполнения. Проблема заключается в следующем: если заполнить сразу, вязкость в банке развивается неконтролируемо, так как невозможно контролировать подачу порошка. После созревания, вязкость должна быть скорректирована, пока не будет готова к заполнению. При использовании Conti-TDS эти проблемы устраняются. Вязкости всегда постоянные и не будут меняться в банке. Машина всегда производит подачу на оптимальной скорости, создавая конечный продукт постоянного и однородного качества.

Рис. 7 Порошок и жидкость встречаются только в зоне диспергирования

Рис. 7: Порошок и жидкость встречаются только в зоне диспергирования

Когда подача порошка завершена, входной патрубок для порошка закрывается. Затем продукт дополнительно диспергируется во время циркуляции, пока оптимальный раз-мер частиц, требуемая степень матирования, или реологии не будет достигнута. На этом этапе, машина работает как диспергирующая машина с кольцами сдвига, с высокой скоростью потока жидкости и многими циклами прохождения через зону высокого сдвига.

Не только для порошков
Конечно, применение принципа TDS не ограничивается загрузкой порошков в жидкости. Те же машины могут быть использованы также для введения и диспергирования жидкостей. Это особенно интересно в случаях, например при производстве лака для древесины, когда высоковязкий Bentone Gel должен быть смешан с основной жидкостью, имеющую низкую вязкость. В емкостях, оборудованных мешалками или дисольверными дисками, достичь однородной смеси не представляется возможным. При использовании Conti-TDS, высоковязкий гель вводится поточно в основную жидкость и достигает емкости полностью однородно распределенным в ней.
Аналогичные аргументы применимы и к введению добавок или связующих с низкой вязкостью в дисперсионные краски или пасты с высокой вязкостью. В емкостях с мешалками или диссольверами, жидкости с низкой вязкостью остаются на верху основных жидкостей с высокой вязкостью в течение длительного времени и на самом деле не смешиваются. Conti-TDS также обеспечивает однородное введение в циркулирующую жидкость.

Тиксотропноть
Кроме введения пигментов или наполните-лей, тиксотропность является одним из наиболее важных применений для Conti-TDS. Распространенной практикой являет-ся высыпание порошка на поверхность жидкости. Это приводит к стандартным проблемам образования пыли, слипания и образованию агломератов. Когда очень пыльный и высокодисперсный диоксид кремния вводится в жидкость подобным образом, порошок находится в среде рас-творителя и имеет достаточно времени, чтобы связать его пары. Это чрезвычайно снижает тиксотропный эффект в лаке.
Однако, поскольку технология Ystral вводит порошок непосредственно в жидкость, диоксид кремния не подвергается воздей-ствию паров растворителя. Это позволяет лаку развивать характеристики вязкости и поддерживать его тиксотропный эффект.

Матирование
Матирующие агенты, как правило, используются для регулирования степени блеска лака. Проблемы при использовании диссольвера общеизвестны. Опять же, образование агломератов неизбежно. Эти матирующие агенты очень тонкие, и в том случае, если они диспергируются в течение длительного времени, матирующий эффект будет уничтожен, но если диспергирование слишком короткое, агломераты не разрушаются. Если такие агломерат-содержащие агенты предполагается применять для черной поверхности кожи или мебели, то они сначала должны быть полностью разрушены.
Conti-TDS в очередной раз имеет решение этой известной проблемы. Не образующее агломератов введение порошка и распределение очень маленьких по размерам частиц в жидкости во время диспергирования, позволяет всем системам Conti-TDS осуществлять точное и повторяемое матирование.

Рис. 8 Ystral Conti-TDS в системе для производства партий разных размеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8: Ystral Conti-TDS в системе для производства партий разных размеров.

Некоторые примеры
Производство печатных чернил с низкой вязкостью и дисперсионных красок, поле, где можно увидеть максимальную пользу. За максимально короткое время большое количество порошка должно быть введено в основную жидкость, затем диспергировано с однородным качеством. Введение порошка со скоростями до 450 кг/мин для карбоната кальция и 350 кг/мин для диоксида титана являются типичными для Conti-TDS. В настоящее время существуют системы, где Conti-TDS установлена между тремя емкостями объемом 50 м3, и один оператор производит партии от 10 до 70 тонн, что ранее было недостижимо.

В области автомобильных лаков, декоративных красок, индустриальных лаков и лаков для древесины гибкость и удобство использования универсальной системы является главной силой. Просто изменяя диспергирующую насадку, один Conti-TDS может успешно справиться с множеством приложений.
Для изготовления покрытий для катушек и пластизолей важен другой эффект, контроль температуры введения. Эти процессы должны осуществляться при низких температурах. В отличие от промышленных диссольверов, Conti-TDS может без проблем выполнить эту задачу.
При производстве высококачественных паст для окраски бумаги, системы Conti позволяют производить продукт с более высокой концентрацией и с наименьшим количеством дисперсии. При производстве паркетных лаков, избегается передиспергирование антивспенивателя. Много применений существует в химии, применяемой в строительстве, от добавок в бетон до клеев для плитки, где Conti-TDS предлагает преимущества, которые не могут быть достигнуты при использовании оборудования, работающего по принципу обычного смешивания.

Рис. 9 Модуль Ystral Conti-TDS с емкостью на тензодатчиках, подача порошка из BigBag станции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Современное лакокрасочное производство
В книге «Lackherstellung» («Производство лаков»), написанной д-ром Фридрихом Воком (Dr. Friedrich Vock, Verlag AG Press CC), он обобщает на 500 страницах весь опыт его работы в компании BASF, и он высказывает предположение, что лакокрасочная промышленность должна избавиться от некоторых вредных привычек. В главе «Layout-Konzepte für Neue Lackfabriken» (концепции использования технологического оборудования для производства ЛКМ), становится очевидным, что современные производители ЛКМ не используют диссольверы в их технологических процессах.

Экономия до 90%

Ystral Conti-TDS не заменит все диссольверы. В небольших серийных производствах с большим количеством цветов выпускаемой продукции, диссольвер может иметь свою нишу. Но во всех других областях применения, Conti-TDS обеспечивает намного лучшие результаты с гораздо более высокой эффективностью. Пользователи экономят 40% своих первоначальных инвестиций и более 65% энергии и достигают лучшего качества продукта. При на 25% меньшем количестве операторов, Вы производите в 4 раза больше полезной продукции. Производственные площади очень компактные. В зависимости от начальной ситуации, пользователи Conti-TDS сокращают свои производственные затраты более чем на 90%.
Пятнадцать лет назад, использование Conti-TDS в производстве нейлона или волокон полиэстера для введения двуокиси титана привело к радикальным изменениям в философии производства. Компании, которые не используют принципы Conti-TDS в этом секторе уже не в состоянии конкурировать и многие из них исчезли.