فرآیند تولید قیر امولسیون

آب و قیر با یکدیگر مخلوط نمی­شوند اما تکنولوژی ساخت امولسیون این فرآیند را امکان­پذیر ساخته است که درصد متنابهی از قیر در فاز پیوسته آب پراکنده شود. تركيبي به نام امولسیفایر، ذرات قیر را به صورت باردار (بار الکتریکی) در فاز پیوسته آب معلق و پایدار نگه می­دارد. در این مخلوط، قير در آب حل نشده بلکه بصورت گلبولهايی بسيار ريز در آب شناور می­شود.در بعضی موارد ممکن است همراه با امولسيفاير، ماده پایدار کننده نیز استفاده گردد. امولسیونهای قیری عمدتاً از نوع امولسیونهای روغن در آب هستند که قیر در فاز آب پراکنده می­باشد. در این نوع امولسیونهای قیری، مقدار قیر بستگی به کاربرد آن دارد که معمولاً از حداقل ۵۵ درصد تا حداکثر ۶۵ درصد تغییر می­کند.

مزايای امولسيونهای قير نسبت به قیرهای محلول عبارتند از :

۱-عدم نياز به فرآيند گرمادهی هنگام استفاده
۲-عدم نياز به حلالهای نفتی
۳-عدم آتشگيری هنگام نگهداری و حمل و اجرا
۴-عدم آلودگی محيط زيست
۵-امکان کاربرد در شرايط مرطوب
۶-کاربردهای گسترده در راهسازی و راهداری
قیرهای امولسیون دستاوردهای نو برای جایگزینی قیرهای محلول یا برگشتی می باشند.

شرح فرآیند تولید قیر امولسیون

امروزه دو روش تجارتي جهت تهيه امولسيون قير مورد نياز راهسازي متداول است كه عبارتند از :

الف: روش مخلوط كردن سريع

ب: روش آسياب كلوئيدي

اختلاف اساسي اين دو روش در اين است كه در روش آسياب كلوئيدي امولسيون به طور مداوم تهيه مي شود . در صورتيكه در روش مخلوط كن سريع امولسيون در تعدادي ظروف مجزا تهيه مي شود .

قيرهاي امولسيون عموما با استفاده از آسيابهاي كلوئيدي توليد مي گردد . هرچند كه ساير لوازم ايجاد كننده سيستمهاي فازي معلق نيز ممكن است بكار گرفته شوند . در آسيابهاي كلوئيدي انرژي لازم براي جدا سازي ذرات در زمان عبور مخلوط قير داغ و فاز آبي از ميان يك صفحه دوار مخروطي و يك پوسته ثابت به سيستم وارد مي گردد (شكل 3) . روتور و همچنين پوسته ثابت ممكن است بمنظور ايجاد جريان آشفته دندانه‌دار گردند.

آسياب كلوئيدي از يك ميله كه درون يك استوانه قرار دارد تشكيل شده است فاصله بين ميله و جدار داخلي استوانه حدود 5/0-3/0 ميليمتر است. ميله داخل استوانه به كمك برق و با سرعت 10000 فوت در دقيقه گردش مي‌كند. جهت تهيه امولسيون محلول داغ امولسيون‌ساز در آب و نيز قير گرم را با نسبت‌‌هاي مشخص و به طور جداگانه در آسياب كلوئيدي كه در حال چرخش مي‌باشد وارد مي‌كند و از طرف ديگر آسياب امولسيون قير كه حالت كاملاً يكنواخت دارد خارج مي‌گردد.

قير امولسيون را مي توان در كارخانه هاي بچ و همينطور كارخانه هايي با سيستم خطي نيز توليد نمود. در سيستم‌هاي بچ توليد قير امولسيون به دو مرحله فاز آبي (حلال) و مرحله توليد نهايي امولسيون تقسيم‌بندي مي گردند. تهيه فاز آبي در مخازني صورت مي‌گيرد كه آب در اين مخازن حرارت ديده و امولسيفاير به همراه ساير مواد شيميايي افزودني امولسيون به ميزان مورد نظر اضافه شده و حلال حاصل كاملا مخلوط مي گردد . در مرحله نهايي تهيه امولسيون قير و فاز آبي اخير به ميزان مشخص به آسيابهاي كلوئيدي وارد مي گردند . چنانچه لازم باشد تا حلال را به قير نيز اضافه نماييم آنگاه يك مخزن بچ نيز براي قير مورد نياز مي باشد . در غير اين صورت حلال بايستي به صورت موازي به مصرف برسد . در كارخانه هاي بچ توليد امولسيون به تنهايي از اختلاط تعداد بسيار محدودي از مواد صورت مي گيرد كه توليد يا كنترل دستي (غير اتوماتيك) را فراهم مي سازد . هر چند كه اندازه گيري و اجراي دقيق طرح اختلاط فاكتور بسيار مهمي در كيفيت امولسيون بوده و با استفاده از سيستمهاي اتوماتيك و يا نيمه اتوماتيك مي توان با به حداقل رسانيدن خطاهاي انساني بر ميزان كيفيت توليد افزود . علاوه بر اين بدليل خطر كار با برخي از مواد مورد استفاده (براي مثال خورنده بودن اين مواد) كار كردن با سيستمهاي بسته مي تواند بسيار ايمن تر و سالم تر از كار با مخازن روباز و يا پمپهاي متحرك باشد.

در سيستم خطي عمليات حرارت دادن آب و پيمانه بندي مصالح به ميزان مشخص بصورت پيوسته و با استفاده از پمپ هاي مجزا جهت هر يك از مصالح مصرفي صورت مي پذيرد و استفاده از مخازن بچ نيز لزومي ندارد. در مقابل فاز آبي بايستي بيش از روش قبل مورد توجه قرار گيرد تا زمان كافي براي واكنش مواد شيميايي وقوع عمليات خنثي سازي و توليد حلال قبل از تماس فاز آبي با قير بميزان مناسب فراهم آيد. اين عمليات بصورت اتوماتيك و با استفاده از جريان سنجهايي كه براي اندازه گيري و پيمانه بندي كليه تركيبات (به جز اسيد كه با اندازه گيري ميزان PH در فاز آبي كنترل مي گردد) مورد استفاده قرار مي گيرند صورت مي پذيرد .

در تهيه امولسيون ممكن است انواع مختلفي از افزودنيها از قبيل لاتكس، اس بي اس، و يا بيتومن دپ نيزي مورد استفاده قرار گيرند كه در اينصورت تركيبات خاص ديگري نيز به سيستم افزوده شده و براي توليد اين نوع از امولسيون ها تكنيك هاي خاصي وجود دارد . براي مثال لاتكس در مقابل نيروهاي برشي وارده واكنش نشان داده و ممكن است در مسير سيستم و يا در پمپ لخته گردد. همچنين براي توليد قير امولسيون از قير اصلاح شده با اس بي اس نيز عمليات توليد بايستي در دمايي بالاتر از نقطه جوش آب صورت پذيرد . لذا توليد در محيط خلاء و خنك نمودن محصول قبل از رها سازي آن در فشار اتمسفر داخل مخازن الزاميست . در سيستمهاي خطي مي توان جهت عمليات خنك سازي از لوله هاي انتقال آب به داخل سيستم بهره برد . در اين روش مي توان انرژي لازم براي گرم نمودن آب را از محصول توليد شده دريافت نموده و ضمن خنك نمودن محصول درجه حرارت آب را نيز افزايش داد. حال آنكه در كارخانه هاي بچ آب حرارت ديده بايستي در مخزن براي توليد بچ آتي ذخيره گردد.

در كارخانه هاي معمول مي توان دبي جريان تركيبات را با اندازه گيري درجه حرارت تخمين زده در حاليكه با استفاده از جريان سنج ها مي توان شدت جريان را با دقت بسيار بالاتري اندازه گيري نمود .

پروسه توليد امولسيون شامل جداسازي قير به ذرات كوچك مي باشد كه در مقابل آن نيروهاي چسبندگي داخلي، ويسكوزيته قير و كشش سطحي داخلي براي جلوگيري از ايجاد سطوح جديد مقاومت مي نمايند . از طرف ديگر ذرات هميشه تمايل به انعقاد مجدد دارند. لذا براي توليد امولسيون علاوه بر اعمال نيروي مكانيكي به سيستم در جهت توليد ذرات ريز قير بايستي تدبيري براي جلوگيري از بهم پيوستن مجدد ذرات تشكيل شده نيز انديشيد . اندازه ذرات تشكيل دهنده امولسيون توليد شده از سرعت روتور آسياب، فاصله ميان روتور و قسمت ثابت (پوسته)، مدت زمان عبور از آسياب، ميزان و نوع امولسيفاير و همينطور دماي توليد تاثير مي پذيرند.

بطور معمول براي به حداقل رسانيدن تاثير مقاومت ويسكوزيته قير براي توليد امولسيون سعي مي گردد تا از حداكثر درجه حرارت عملي ممكن استفاده نمود . قير را 160 -110 درجه سلسيوس حرارت مي دهند تا ويسكوزيته آن به 500cSt4 يا كمتر براي تزريق به درون آسياب برسد . همچنين فاز آبي را نيز 70-30 درجه سلسيوس حرارت داده تا علاوه بر حل نمودن امولسيفاير در خود پس از اختلاط با قير مخلوط حاصل حداقل دماي لازم را براي ايجاد امولسيون را دارا باشد . در آسياب هاي كلوئيديي كه اعمال فشار امكانپذير نمي باشد اين دما به حداكثر 100 درجه سانتيگراد محدود مي گردد. ليكن در مدلهاي پيشرفته كه امكان اعمال فشار نيز وجود دارد مي توان اين دما را تا بيش از 120 درجه سانتيگراد بالا برد . از طرفي براي توليد امولسيون با كيفيت مناسب ويسكوزيته قير در دماي توليد امولسيون نبايستي كمتر از 10000cSt باشد . لذا يكي از كاربردهاي سيستمهاي تحت فشار اوليه امولسيون از قيرهاي پليمري با درصد بالا مي باشد.

روش پیوسته:
در این روش مخازن پیمانه­ای قیر و محلول امولسیفایر وجود ندارد بلکه قیر و محلول امولسیفایر مستقیماً از مخازن ذخیره اصلی مورد استفاده قرار می­گیرند. محلول امولسیفایر مطابق با فرمول مورد نظر با تزریق امولسیفایر، اسید و پایدارکننده توسط پمپ به داخل جریان آب تهیه می­شود. واکنش بین امولسیفایر و اسید قبل از وارد شدن به آسیاب انجام می­پذیرد.