Оборудование для эффективной загрузки порошков и диспергирования
Сырьевые компоненты в виде порошков используют в составе практически каждого ЛКМ, а также в клеях, герметиках, химической продукции для строительства. Порошки применяют в качестве пигментов и наполнителей, загустителей или матирующих агентов, консервантов, усилителей адгезии, антиседиментационных и тиксотропных добавок и др.
Компания Ystral предлагает новую эффективную технологию загрузки порошковых материалов, существенно отличающуюся от используемых в настоящее время технологий. Ее применение позволит снизить затраты на производство в несколько раз и во многих случаях составит 10 % от расходов, связанных с производством на традиционном оборудовании.
Новое оборудование Ystral Conti-TDS*, предназначенное для введения порошков, на порядок эффективнее, чем любая мешалка или диссольвер. Оно работает по принципу «ротор – статор» и создает сильный вакуум именно в зоне с самой высокой скоростью сдвига. Вакуум используется для введения порошка непосредственно в зону высокой скорости сдвига, где он сразу же полностью смачивается и диспергируется.
Сравнивая результат диспергирования с помощью Conti-TDS и традиционных видов оборудования, можно отметить следующее. Наиболее важным параметром, характеризующим эффект диспергирования, является градиент сдвига, который определяется отношением скорости сдвига к расстоянию между ротором и статором. Градиент сдвига мешалок обычно составляет около 20 с-1, диссольвер обеспечивает около 50 с-1. Conti-TDS создает градиент сдвига 50 000 с-1, т.е. в тысячу раз превышает обычное значение. Удельная энергия диспергирования также в тысячу раз выше.
Пять этапов в одном
Желательным результатом процесса введения порошкообразных веществ в ЛКМ и любые другие дисперсии является полное смачивание, деагломерация и равномерное распределение твердых частиц в жидкости. Этот процесс обычно состоит из пяти этапов: выгрузка из мешка или контейнера, транспортировка, введение порошка, смачивание и 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 при применении традиционного оборудования обычно приводит к пылеобразованию. Одно из основных преимуществ использования TDS – это отсутствие пыли и потерь порошка в процессе производства. Загрязнение рабочей зоны, а также угроза здоровью персонала полностью отсутствуют.
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 происходят разгрузка мешка или бункера, транспортировка, а также одновременное введение порошка в жидкость. Дополнительное транспортирующее оборудование и системы для сбора пыли в этом случае не требуются. Таким образом, все расходы, связанные с приобретением, эксплуатацией, обслуживанием и контролем систем сбора пыли, исключаются, так же как и дополнительные затраты на обслуживание фильтров.
Пыль не касается поверхности жидкости до диспергирования, поэтому предотвращается образование частично смоченных агломератов, что является общей проблемой при применении промышленных диссольверов и мешалок. Порошковые налеты на стенках, крышке и валу мешалки, которые, попадая в бак диссольвера, ухудшают качество продукта, не образуются при использовании Conti-TDS.
Защита от взрыва
Загрузка порошков в открытые сосуды с легковоспламеняющимися жидкостями или растворителями при применении диссольвера или мешалки крайне опасна. Хорошо известно, что легко воспламеняется не жидкий растворитель, а его пары. При этом часто забывают, что порошок всегда содержит кислород, который способствует воспламенению. Порошок при высыпании может вызвать искру. Для воспламенения паров растворителя достаточно даже небольшой искры с низкой энергией зажигания.
При использовании Conti-TDS порошок не попадает в сосуд с парами, а подается в циркулирующую жидкость под вакуумом. Из-за всасывающего эффекта не образуется никаких легковоспламеняющихся паров. Благодаря этой простой мере безопасности оборудование Conti TDS было сертифицировано как взрывозащищенное (ATEX).
Смачивание и диспергирование
Выбор подходящего метода смачивания и диспергирования существенно влияет на многие характеристики получаемой лакокрасочной продукции, например оптические свойства, стабильность при хранении и даже атмосферостойкость покрытий.
Порошки имеют очень высокую удельную поверхность. Для ультратонких пигментов и высокодисперсного диоксида кремния она может составлять более 300 000 м²/кг. Это приводит ко многим осложнениям при стандартных методах загрузки, так как порошок насыпают на поверхность жидкости, которая имеет площадь лишь несколько квадратных метров. В результате образуются агломераты или плохо смоченные комки.
Conti-TDS немедленно обеспечивает полное распределение порошка непосредственно в сдвиговом поле между быстро вращающимся ротором и статором. В этой зоне сдвига поверхность смачивающей жидкости увеличивается в несколько миллионов раз и соответствует поверхности порошка. Максимальный диспергирующий эффект достигается непосредственно во время процесса смачивания. Это также приводит к получению продукта с гораздо лучшими свойствами, чем при использовании традиционных методов загрузки порошков.
Недостаток энергии сдвига во время загрузки порошка нельзя компенсировать позже во время производственного процесса даже за счет увеличения времени диспергирования. Это означает, что энергия сдвига на первом этапе процесса смачивания должна быть как можно выше. Однако следует иметь в виду, 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 можно просто удалить. Conti-TDS может производить смачивание в вакууме без заметного усилия сдвига.
Продукты с высокой вязкостью
Оборудование Conti-TDS разработано и доступно для клиентов в восьми различных типоразмерах с диапазоном мощности 7,5–250 кВт в зависимости от области применения. Оно может быть оснащено различными устройствами подачи порошка или диспергирующими механизмами. Вязкость жидкости существенно влияет на результат смачивания и диспергирования. Жидкости с низкой вязкостью легче и намного быстрее смачивают порошки, чем высоковязкие жидкости.
В низком и среднем диапазоне вязкости машины Conti-TDS транспортируют жидкости самостоятельно. Для производства продуктов с низкой вязкостью, в частности традиционных ЛКМ, нет необходимости специально увеличивать вязкость для подачи в них порошков. Только при необходимости загрузки порошка в среды с высокой вязкостью, такие, как краски для офсетной печати, полиуретановые материалы, клеи, герметики, следует установить дополнительный насос объемного типа на выходе из машины.
Градиент сдвига, а также удельная энергия сдвига Conti-TDS в тысячу раз больше, чем у диска диссольвера. Поэтому работа Conti-TDS не зависит от высокой вязкости, обеспечивая сопоставимый диспергирующий эффект и позволяя на этапе диспергирования работать при низких значениях вязкости, достигая при этом полного смачивания порошкового материала.
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 мешалка Ystral Jetstream mixer, то можно производить различные объемы продукции.
Установка и функционирование
Conti-TDS, так же как и поточные диспергирующие машины, устанавливается за пределами емкости и подключается с помощью системы трубопроводов или гибких шлангов. Машина работает независимо от размера емкости или уровня ее заполнения.
Очень часто машина подключается не к одной, а к двум или большему количеству емкостей. Существует возможность интеграции машины в работающие системы, при этом практически не требуются большие изменения, например нет необходимости устанавливать новые фланцы, перемещать другое оборудование и др.
Машина работает как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, и фланцевые соединения можно легко адаптировать к ситуации на месте. Изредка машина устанавливается на тележке с колесами для возможного ее перемещения и используется для производства ЛКМ в нескольких местах.
Место установки Conti-TDS может быть выбрано таким образом, что усилие для транспортировки порошка будет уменьшено до минимума. Подъем мешков на платформу емкости также можно исключить.
Все TDS-машины создают всасывающий вакуум непосредственно в потоке жидкости. Этот вакуум применяется для введения порошка прямо из мешка, силоса, «биг-бэга» или контейнера в жидкость; при этом порошок немедленно смачивается и диспергируется. Порошок и жидкость достигают смесительной камеры по разным линиям и соприкасаются друг с другом только в зоне диспергирования. Там смесь диспергируется с помощью высокого усилия сдвига и вакуума. Это позволяет производить концентраты твердых веществ, которые не могут быть получены при использовании мешалок или диссольверов. Другим важным аспектом является оптимальная и всегда постоянная подача порошка независимо от действий оператора.
Когда подача порошка завершена, входной патрубок для порошка закрывается. Затем материал диспергируется во время циркуляции до тех пор, пока оптимальный размер частиц, требуемая степень матирования или реологические характеристики не будут достигнуты. На этом этапе машина работает как диспергирующее оборудование с кольцами сдвига, с высокой скоростью потока жидкости и многими циклами прохождения через зону высокого сдвига.
