高剪切乳化机在乳化沥青、改性沥青生产中的应用

 

高剪切乳化机在乳化沥青、改性沥青生产中的应用

一、高剪切乳化机的起源、应用和发展 
(一)起源 
目前在世界上通行的乳化机代表基本上分为三大派系,即美国ROSS公司,日本TK公司及德国IKA公司。 
1、美国ROSS公司是由美国查理斯罗斯父子于1841年创建,是专业性混合设备制造公司,以生产混合器、混合机和研磨机而闻名于世。ROSS公司的乳化机具有分散、混合、乳化、剪切、均质的功能,其特点是中心吸料径向喷射式,以湍流混合为主体,液体的翻动剧烈,分散、混合、乳化作用明显,用户代表有扬州肤美灵。 
2、日本TK公司,其公司正式名称叫特殊机化工业株式会社,创立于1927年(大阪福鸟区)。其乳化机的特点是轴流式剪切乳化,主要考虑流体上下翻动,呈周期复合分散、乳化、均质、混合系统。其产品主要用于化妆品及医药行业,在中国的典型应用代表是北京资生堂。 
3、德国IKA公司,具有上百年历史的德国IKA公司在全球有很多分公司,中国广州的IKA公司就是其中之一。IKA产品主要在实验室分析设备方面有着独到的一面,产品注重以分散为主体的功能,因而,在需要进行剪切的工况下,就明显的力不从心,另外在大型工业设备方面不具有优势,其用户代表有深圳小护士。 
高剪切技术具有卓越的混合、粉碎、分散、乳化等功能,对于SBS、SBR等高分子弹性材料有特别显著的粉碎效果,能有效解决各类物料的粉碎、乳化难题,取代了传统的胶体磨设备。与传统的生产工艺相比,具有能耗低、生产成本低、产品质量高、超细化四大优势。由于高剪切技术具有超强的粉碎、乳化功能,从而赢得了巨大的市场。过去改性沥青的生产只能依靠进口设备,而今天高剪切已取代了进口胶体磨,使改性沥青生产的设备终于国产化。 
管线式高剪切分散乳化机是用于连续生产或循环处理精细物料的高性能设备,在狭窄空间的腔体内,装有1-3组偶咬合的多层定转子,转子在马达的驱动下高速旋转,产生强劲的轴向吸力将物料吸入腔体。在最短的时间内对物料分散、剪切、乳化处理,使粒径分布范围变窄,由此可制得精细的长期稳定的产品。 
管线式高剪切分散乳化机是把九台高剪切乳化机融为一体,用一台三级管线式乳化泵就可以一次完成,节约能耗,降低了生产成本。目前国内的改性沥青设备制造厂家,主要采用以研磨为主、剪切为辅的设备,整个工艺流程需要三台胶体磨来工作,既增加了设备总投资,最终的细度还是不尽人意,而乳化机不同于传统的胶体磨,传统胶体磨每台只有一对磨盘,每对磨盘最多二层结构,乳化机有三级转、定子结构,每级六层,生产效率相当于胶体磨的9倍。生产过程中物料经一次剪切,细度可达到0.5μm以下,大大提高了产品的内在品质,确保了用户产品在市场上的竞争力,目前威宇的此项技术已成功的解决了SBS离析和改性沥青再乳化的世界性难题,并且已获得七项国家发明专利和实用新型专利,产品质量获得了英国MOODY国际认证证书,实现了国人“国际品质,本土价位”的愿望。 
(二)应用 
高剪切乳化机的应用领域非常广泛,诸如粘合剂、油漆涂料、化妆品、食品、药品、塑料树脂、印染、油墨、沥青等行业都有广泛的应用。 
精细化工:塑料、填料、胶粘剂、树脂、硅油、密封剂、浆料、表面活性剂、碳黑、消泡剂、光亮剂、皮革助剂、混凝剂等 
石油化工:重油乳化、柴油乳化、润滑油 
日用化工:洗衣粉、浓缩洗衣粉、液体洗涤剂、各类化妆品、护肤品 
涂料油墨:乳胶漆、内外墙涂料、水性油性涂料、纳米涂料、涂料助剂、印刷油墨、打印墨水、纺织染料、颜料 
生物医药:糖衣、注射剂、抗菌素、蛋白质分散剂、药乳膏、保健品 
农药化肥:杀虫剂、除草剂、药乳油、农药助剂、化肥 
食品工业:巧克力外壳、水果浆、芥茉、渣饼、色拉调料、软饮料、芒果汁、番茄浆、糖溶液、食用香精、添加剂 
纳米材料:纳米碳酸钙、纳米涂料、各类纳米材料添加剂 
道路沥青:普通沥青、改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青 
(三)发展 
1988年,第一台高剪切乳化机在中国试制成功(原国营启东长江厂) 

2000年,第一台高剪切乳化机在纳米碳酸钙的合成中成功应用(内蒙蒙西高新技术) 

2001年,第一台高剪切乳化机应用于沥青 (上海威宇和长安大学合作) 

2002年,中国最大的200KW乳化机应用成功(克拉玛依炼油厂) 

2004年,中国最快的生产用管线式乳化机(泵)以8000rpm的高转速在威宇公司研制成功(北京某研究所) 
二、高剪切乳化机的工作原理 
高剪切乳化泵是乳化及改性沥青设备系统的核心部分,沥青乳化的成功与否、生产能力及效率的高低很大程度上取决于乳化泵的性能。 

1、高剪切乳化机具有以下几项基本功能: 

剪切作用 

(1)物料通过转子外径与定子内径瞬间受到强力的机械剪切作用。 

(2)复杂而激烈的流体运动带动颗粒相互撞击,以及颗粒与转定子进行撞击,从而形成不可小视的液力剪切作用。 

摩擦(揉搓)作用 

物料在转子外径与定子内径间受到强力的研磨和撕裂。 

泵送混合作用 

通过转子割槽和叶片的旋转带动流体离心运动,产生泵送作用。转子割槽与定子割槽及离心叶片的搅动,产生混合作用。 

2、工作原理: 

在电动机的驱动下,高速旋转的转子推动物料作离心运动,使转子中心部分形成强大的负压,吸引乳化机进料口的物料向中心运动。大小不等的多组份物料挤出多层转子和定子割槽的瞬间被相对线速度高达36m/s(290转子,无定子乳化泵为72m/s)的锋刃、撞击、切割、撕裂的粉碎。与此同时,不可小视的翻江倒海般的液力剪切同步发生作用,也就是机械剪切与液力剪切同时在作用,使颗粒间互相研磨、撞击。好不容易通过这道门槛的细小粒子又不知不觉被第二个负压中心吸住。一些尚未散架的疏松粒子,经不住负压的催激素被裂化成更小的颗粒,反过来,一些被负压洗礼过的粒子变得更容易被分散,细小固体颗粒与液滴的亲和与排斥不断进行,从而分散乳化,便在不知不觉中一次性完成。