การประยุกต์ใช้ปั๊มอิมัลซิไฟเออร์แรงเฉือนสูงในอุตสาหกรรมเคมี

การปรับขนาดของของไหลอย่างต่อเนื่องในการผลิตเคมีสมัยใหม่จำเป็นต้องเปลี่ยนจากโครงสร้างพื้นฐานการผสมแบบแบตช์มาตรฐาน เมื่อทำการกำหนดสูตรอิมัลชันพอลิเมอร์ขั้นสูง สารแขวนลอยเข้มข้นทางการเกษตร สีทาอาคารเฉพาะทาง หรือสารช่วยตกแต่งสิ่งทอ วิศวกรกระบวนการต้องเผชิญกับปัญหาคอขวดทางรีโอโลยีที่เครื่องกวนแบบถังแบบดั้งเดิมไม่สามารถแก้ไขได้ การประมวลผลตัวกลางทางเคมีแบบหลายเฟสที่ซับซ้อนเหล่านี้นำมาซึ่งความเสี่ยงทางวิศวกรรมเฉพาะ รวมถึงปฏิกิริยาคายความร้อนที่ไม่เสถียรซึ่งเกิดจากแรงเฉือน การสึกหรอแบบไฮโดรอะเบรสีฟอย่างรุนแรงบนชิ้นส่วนเปียกภายใน และการกลายเป็นไอของตัวทำละลายอันตรายที่เป็นอันตราย

เพื่อลดความเสี่ยงในการประมวลผลทางเคมีเหล่านี้ โรงงานจึงใช้ชุดปั๊มอิมัลซิไฟเออร์แรงเฉือนสูงแบบครบวงจรที่ติดตั้งบนโครง แทนที่จะทำงานเป็นหัวผสมแบบเดี่ยว ระบบแบบครบวงจรเหล่านี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อควบคุมความเร็วของของไหล กักเก็บสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย และควบคุมการกระจายขนาดอนุภาคอย่างเข้มงวด คู่มือนี้อธิบายถึงหลักการทางกล การกำหนดค่าโลหะวิทยา โซลูชันการซีลเพลา และเค้าโครงระบบโมดูลาร์ที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลทางเคมีด้วยแรงเฉือนสูงอย่างต่อเนื่อง

ความแตกต่างเชิงกลไก: การปรับสภาพของแข็ง-ของเหลวแบบขั้นตอนเดียวเทียบกับสามขั้นตอน

การตัดสินใจทางวิศวกรรมหลักเมื่อปรับใช้ชุดประมวลผลทางเคมีแบบโมดูลาร์นั้นมุ่งเน้นไปที่อัตราแรงเฉือนเป้าหมายและเวลาคงอยู่แบบผ่านครั้งเดียวที่วัตถุดิบต้องการ พลศาสตร์ของของไหลภายในห้องผสมได้รับการปรับแต่งโดยการเลือกหนึ่งในสองรูปแบบโรเตอร์-สเตเตอร์ที่แตกต่างกัน:

การประมวลผลเชิงปริมาตรด้วยความเร็วสูงด้วยเครื่องผสมแรงเฉือนสูงแบบอินไลน์ขั้นตอนเดียว

สำหรับสายการผลิตที่เน้นการปรับสภาพของไหลปริมาณมากอย่างรวดเร็ว ซึ่งส่วนประกอบดิบกระจายตัวได้ง่ายโดยไม่มีความต้านทานหลายชั้น ระบบจะรวม เครื่องผสมแรงเฉือนสูงแบบอินไลน์ขั้นตอนเดียว การกำหนดค่านี้ใช้ชุดโรเตอร์และสเตเตอร์ที่สมดุลแบบไดนามิกเพียงชุดเดียว การทำงานที่ความเร็วเชิงเส้นเกินกว่ายี่สิบเมตรต่อวินาที ทำให้มันทำหน้าที่เป็นปั๊มกระจายตัวแบบต่อเนื่องที่มีประสิทธิภาพสูง

โปรไฟล์เชิงกลแบบขั้นตอนเดียวนี้ออกแบบมาเพื่อประมวลผลตัวกลางทางเคมีที่มีความหนืดต่ำถึงปานกลาง เช่น การผสมปุ๋ยทางการเกษตรที่ละลายน้ำได้ การทำให้เบสสารลดแรงตึงผิวพื้นฐานเจือจาง หรือการทำให้สารหล่อลื่นสิ่งทอที่มีความหนาแน่นต่ำคงตัว ประโยชน์หลักของกระบวนการคือการให้ปริมาณงานเชิงปริมาตรที่เชื่อถือได้และความเร็วของสายการผลิตอย่างต่อเนื่องโดยมีแรงดันตกภายในน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับการวนซ้ำการผสมแบบตรงไปตรงมา

การปรับแต่งระดับจุลภาคความเข้มสูงด้วยเครื่องผสมแรงเฉือนสูงแบบอินไลน์สามขั้นตอน

เมื่อสูตรทางเคมีเกี่ยวข้องกับการบรรจุของแข็งสูง เม็ดสีแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน หรือพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่ยากต่อการให้ความชื้น โซนแรงเฉือนเดี่ยวไม่เพียงพอ ในการกำหนดค่าที่ท้าทายเหล่านี้ ชุดอุปกรณ์จะรวม เครื่องผสมแรงเฉือนสูงแบบอินไลน์สามขั้นตอน เครื่องจักรหนักนี้ประกอบด้วยชุดวงแหวนโรเตอร์-สเตเตอร์ที่ซ้อนกันสามชุดที่เป็นอิสระและเชื่อมต่อกัน ซึ่งจัดเรียงในแนวแกนแบบอนุกรมบนเพลาความแข็งแรงสูงเดี่ยว

เมื่อกระแสสารเคมีแบบหลายเฟสไหลผ่านห้อง มันจะผ่านสามขั้นตอนต่อเนื่องของความเข้มแรงเฉือนที่เพิ่มขึ้น โดยพบกับระยะห่างแนวรัศมีที่แคบลงและโปรไฟล์ร่องที่ละเอียดขึ้น อนุภาครวมหยาบจะถูกแตกในขั้นตอนปฐมภูมิ ลดขนาดลงในขั้นตอนทุติยภูมิ และถูกทำให้เป็นไมครอนจนเป็นสารแขวนลอยที่เสถียรในระยะยาวระดับต่ำกว่าไมครอนในขั้นตอนสุดท้าย โซลูชันแบบหลายขั้นตอนนี้ส่งพลังงานกลที่เข้มข้นเพื่อให้แน่ใจว่าการกระจายเฟสทั้งหมดในการผ่านครั้งเดียว ทำให้จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์อิมัลชันพอลิเมอร์ที่ซับซ้อนและการผลิตสีประสิทธิภาพสูง ซึ่งการแยกเฟสหรือการตกตะกอนถือเป็นความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ที่ร้ายแรง

การจัดการการสึกหรอแบบไฮโดรอะเบรสีฟและการไล่ระดับความร้อน

การประมวลผลของไหลทางเคมีทำให้พื้นผิวเปียกภายในต้องเผชิญกับการเสื่อมสภาพทางกายภาพและความร้อนอย่างรุนแรง เมื่อประมวลผลเมทริกซ์แร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น สารละลายไทเทเนียมไดออกไซด์หรือสารเคลือบดินขาว ความเร็วเชิงเส้นสูงภายในขอบเขตโรเตอร์-สเตเตอร์จะเร่งการสึกหรอทางกล การสึกกร่อนนี้เปลี่ยนแปลงระยะห่างวิกฤตระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพแรงเฉือนลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานสูงสุด โลหะวิทยาของชิ้นส่วนเปียกภายในชุดประมวลผลทางเคมีจะถูกเลือกจากสแตนเลส 316L คาร์บอนต่ำ ซึ่งมักถูกทำให้แข็งผ่านการปรับสภาพพื้นผิวขั้นสูง เช่น การเคลือบสเตลไลท์ หรือการเคลือบคาร์บอนคล้ายเพชรบนฟันแรงเฉือนที่ใช้งาน พื้นผิวภายในสามารถระบุได้ด้วยการตกแต่งแบบพ่นทรายอุตสาหกรรมที่แม่นยำสำหรับเรซินความหนืดสูงเพื่อลดแรงเสียดทานของของไหล หรือการตกแต่งแบบขัดเงาสะท้อนแสงสูงเพื่อป้องกันการเกิดตะกรันทางเคมีและการสะสมของผลึกแข็งระหว่างการหยุดทำงานของระบบ

นอกจากนี้ การแปลงพลังงานกลที่เข้มข้นเป็นแรงเฉือนจลน์จะสร้างการไล่ระดับความร้อนเฉพาะที่ภายในห้องผสม สำหรับปฏิกิริยาเคมีที่ไวต่ออุณหภูมิ เช่น การสังเคราะห์พอลิเมอร์หรือการสังเคราะห์สารอินทรีย์ระเหยง่าย ความร้อนคายความร้อนที่เกิดจากแรงเฉือนนี้อาจทำให้ผลิตภัณฑ์แข็งตัวก่อนกำหนดหรือเกิดการกลายเป็นไอของตัวทำละลาย

เพื่อจัดการความเสี่ยงนี้ ชุดระบบแบบครบวงจรมีวงจรควบคุมความร้อนแบบบูรณาการ ตัวเรือนผสมถูกสร้างด้วยแจ็คเก็ตทำความเย็นแบบแยกส่วนที่หมุนเวียนน้ำเย็นหรือไกลคอลรอบโซนแรงเฉือนโดยตรง ดูดซับพลังงานความร้อนส่วนเกินแบบเรียลไทม์และรักษาปฏิกิริยาเคมีให้อยู่ในพารามิเตอร์การทำงานที่แคบและปลอดภัย

ระบบการแยกแบบสุญญากาศและการซีลของเหลวพิษ

การกักเก็บตัวทำละลายที่ระเหยง่าย เป็นพิษ หรือติดไฟได้สูง ต้องการความสมบูรณ์ของซีลอย่างสมบูรณ์ทั่วเพลาขับเคลื่อนแบบไดนามิก ในขณะที่ซีลเชิงกลเดี่ยวมาตรฐานเป็นที่ยอมรับสำหรับของเหลวอุตสาหกรรมที่ไม่เป็นอันตรายและหล่อลื่นตัวเองได้ แต่ไม่เหมาะสำหรับสายการประมวลผลทางเคมีที่รุนแรง การมีอนุภาคขนาดเล็กที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสามารถเคลื่อนที่ระหว่างหน้าซีลมาตรฐาน นำไปสู่การขีดข่วนหน้าซีลก่อนกำหนด การรั่วซึมของของเหลว และการปล่อยมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตราย

ดังนั้น ชุดปั๊มอิมัลซิไฟเออร์ทางเคมีจึงใช้การจัดเรียงซีลเชิงกลแบบสองหน้า ซึ่งกำหนดค่าด้วยเครือข่ายกั้นเทอร์โมไซฟอนแบบมีแรงดัน ระบบเสริมแบบวงปิดนี้รักษาของเหลวกันชนที่สะอาดและเข้ากันได้ ซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำมันเกรดอาหารสังเคราะห์หรือส่วนผสมน้ำบริสุทธิ์กับไกลคอล ที่แรงดันคงที่สูงกว่าแรงดันภายในห้อง 0.05 ถึง 0.1 เมกะปาสคาล ความแตกต่างของแรงดันบวกนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าการเคลื่อนตัวของหน้าซีลในระดับจุลภาคจะเคลื่อนเข้าด้านในจากของเหลวกันชนที่สะอาด แทนที่จะปล่อยให้สารเคมีที่รุนแรงหรืออนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหลุดออกไปด้านนอก

ขึ้นอยู่กับความเข้ากันได้ทางเคมีของสารละลายเป้าหมาย การเลือกวัสดุคู่หน้าซีลจะใช้การผสมผสานที่มีความแข็งสูง:

• คาร์บอนกับซิลิคอนคาร์ไบด์: เหมาะสำหรับตัวทำละลายเคมีทั่วไปและสายพอลิเมอร์ความหนืดปานกลางที่ต้องการประสิทธิภาพการเสียดสีต่ำ
• คาร์บอนกับทังสเตนคาร์ไบด์: กำหนดสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูงซึ่งความต้านทานต่อการช็อกจากความร้อนเป็นสิ่งสำคัญ
• ทังสเตนคาร์ไบด์กับทังสเตนคาร์ไบด์: มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับสารละลายแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ให้ความต้านทานสูงสุดต่อการขีดข่วนระดับจุลภาคและการสึกหรอเชิงโครงสร้าง

การบูรณาการลูปกระบวนการและความปลอดภัยของโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้า

การใช้งานชุดประมวลผลทางเคมีแรงเฉือนสูงจำเป็นต้องมีการบูรณาการอย่างระมัดระวังเข้ากับเครือข่ายท่อและไฟฟ้าที่กว้างขึ้นของโรงงาน เพื่อจัดการกับของไหลเคมีที่ไม่ใช่ของนิวตันที่มีความหนาแน่น ซึ่งแสดงพฤติกรรมการลดความหนืดด้วยแรงเฉือนหรือการขยายตัว ระบบไม่สามารถพึ่งพาความสามารถในการดูดเองของหัวแรงเฉือนสูงเพียงอย่างเดียว

โซลูชันแบบครบวงจรประกอบด้วยปั๊มแทนที่เชิงบวกเสริมต้นน้ำ เช่น ปั๊มโรตารีโลบความเร็วต่ำหรือปั๊มสกรูคู่แบบหนัก การกำหนดค่านี้สร้างการป้อนที่มีแรงดันคงที่ไปยังท่อร่วมทางเข้า ป้องกันการขาดของเหลวและกำจัดความเสี่ยงของโพรงอากาศภายในห้องแรงเฉือนสูง ท่อร่วมวาล์วบายพาสแบบหลายพอร์ตถูกรวมเข้ากับท่อเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานสามารถสลับอย่างราบรื่นจากการป้อนเนื้อแบบต่อเนื่องผ่านครั้งเดียวไปสู่การหมุนเวียนแบบแบตช์วงปิดหรือการล้างตัวทำละลายเคมี

สถาปัตยกรรมไดรฟ์ไฟฟ้าต้องตรงกับกริดสาธารณูปโภคในภูมิภาคและเป็นไปตามการจำแนกประเภทบรรยากาศระเบิดในท้องถิ่น มอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับงานหนักถูกพันเพื่อรองรับแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรมแบบสองมาตรฐาน โดยให้การทำงานที่เชื่อถือได้ที่ 380V-50HZ หรือ 380V-60HZ

เนื่องจากสูตรทางเคมีหลายชนิดเกี่ยวข้องกับไอระเหยที่ติดไฟได้ ตัวทำละลายที่ระเบิดได้ หรือเมฆฝุ่นที่ติดไฟได้ การติดตั้งมอเตอร์มาตรฐานจึงก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการติดไฟอย่างรุนแรง ดังนั้น โครงสร้างพื้นฐานของชุดอุปกรณ์จึงติดตั้งมอเตอร์ป้องกันการระเบิดที่ได้รับการรับรองเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยในการปฏิบัติงานโดยรวมในพื้นที่อันตราย

การออกแบบทางกลและไฟฟ้าโดยรวมสนับสนุนการปรับเปลี่ยนการควบคุมอัตโนมัติ ความพร้อมทางวิศวกรรมนี้ช่วยให้เครือข่ายเซ็นเซอร์ของชุดอุปกรณ์ ซึ่งรวมถึงเครื่องส่งสัญญาณความดันดิจิทัลและเครื่องตรวจจับความร้อน สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับระบบควบคุมแบบกระจายหลักของโรงงาน (DCS) ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบจากระยะไกล การปิดฉุกเฉินอัตโนมัติ และการตรวจสอบย้อนกลับแบบแบตช์ที่เชื่อถือได้ในทุกกะการผลิต