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. ترکیبی به نام امولسیفایر، ذرات قیر را به صورت باردار (بار الکتریکی) در فاز پیوسته آب معلق و پایدار نگه می­دارد. در این مخلوط، قیر در آب حل نشده بلکه بصورت گلبولهایی بسیار ریز در آب شناور می­شود.در بعضی موارد ممکن است همراه با امولسیفایر، 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.

مزایای امولسیونهای قیر نسبت به قیرهای محلول عبارتند از :

۱-عدم نیاز به فرآیند گرمادهی هنگام استفاده
۲-عدم نیاز به حلالهای نفتی
۳-عدم آتشگیری هنگام نگهداری و حمل و اجرا
۴-عدم آلودگی محیط زیست
۵-امکان کاربرد در شرایط 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 تجارتی جهت تهیه امولسیون قیر مورد نیاز راهسازی متداول است که عبارتند از :

الف: روش مخلوط کردن سریع

ب: روش آسیاب کلوئیدی

اختلاف اساسی این دو روش در این است که در روش آسیاب کلوئیدی امولسیون به طور مداوم تهیه می شود . در صورتیکه در روش مخلوط کن سریع امولسیون در تعدادی ظروف مجزا تهیه می شود .

قیرهای امولسیون عموما با استفاده از آسیابهای کلوئیدی تولید می گردد . هرچند که سایر لوازم ایجاد کننده سیستمهای فازی معلق نیز ممکن است بکار گرفته شوند . در آسیابهای کلوئیدی انرژی لازم برای جدا سازی ذرات در زمان عبور مخلوط قیر داغ و فاز آبی از میان یک صفحه دوار مخروطی و یک پوسته ثابت به سیستم وارد می گردد (شکل ۳) . روتور و همچنین پوسته ثابت ممکن است بمنظور ایجاد جریان آشفته دندانه‌دار گردند.

آسیاب کلوئیدی از یک میله که درون یک استوانه قرار دارد تشکیل شده است فاصله بین میله و جدار داخلی استوانه حدود ۵/۰-۳/۰ میلیمتر است. میله داخل استوانه به کمک برق و با سرعت ۱۰۰۰۰ فوت در دقیقه گردش می‌کند. جهت تهیه امولسیون محلول داغ امولسیون‌ساز در آب و نیز قیر گرم را با نسبت‌‌های مشخص و به طور جداگانه در آسیاب کلوئیدی که در حال چرخش می‌باشد وارد می‌کند و از طرف دیگر آسیاب امولسیون قیر که حالت کاملاً یکنواخت دارد خارج می‌گردد.

قیر امولسیون را می توان در کارخانه های بچ و همینطور کارخانه هایی با سیستم خطی نیز تولید نمود. در سیستم‌های بچ تولید قیر امولسیون به دو مرحله فاز آبی (حلال) و مرحله تولید نهایی امولسیون تقسیم‌بندی می گردند. تهیه فاز آبی در مخازنی صورت می‌گیرد که آب در این مخازن حرارت دیده و امولسیفایر به همراه سایر مواد شیمیایی افزودنی امولسیون به میزان مورد نظر اضافه شده و حلال حاصل کاملا مخلوط می گردد . در مرحله نهایی تهیه امولسیون قیر و فاز آبی اخیر به میزان مشخص به آسیابهای کلوئیدی وارد می گردند . چنانچه لازم باشد تا حلال را به قیر نیز اضافه نماییم آنگاه یک مخزن بچ نیز برای قیر مورد نیاز می باشد . در غیر این صورت حلال بایستی به صورت موازی به مصرف برسد . در کارخانه های بچ تولید امولسیون به تنهایی از اختلاط تعداد بسیار محدودی از مواد صورت می گیرد که تولید یا کنترل دستی (غیر اتوماتیک) را فراهم می سازد . هر چند که اندازه گیری و اجرای دقیق طرح اختلاط فاکتور بسیار مهمی در کیفیت امولسیون بوده و با استفاده از سیستمهای اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک می توان با به حداقل رسانیدن خطاهای انسانی بر میزان کیفیت تولید افزود . علاوه بر این بدلیل خطر کار با برخی از مواد مورد استفاده (برای مثال خورنده بودن این مواد) کار کردن با سیستمهای بسته می تواند بسیار ایمن تر و سالم تر از کار با مخازن روباز و یا پمپهای متحرک باشد.

در سیستم خطی عملیات حرارت دادن آب و پیمانه بندی مصالح به میزان مشخص بصورت پیوسته و با استفاده از پمپ های مجزا جهت هر یک از مصالح مصرفی صورت می پذیرد و استفاده از مخازن بچ نیز لزومی ندارد. در مقابل فاز آبی بایستی بیش از روش قبل مورد توجه قرار گیرد تا زمان کافی برای واکنش مواد شیمیایی وقوع عملیات خنثی سازی و تولید حلال قبل از تماس فاز آبی با قیر بمیزان مناسب فراهم آید. این عملیات بصورت اتوماتیک و با استفاده از جریان سنجهایی که برای اندازه گیری و پیمانه بندی کلیه ترکیبات (به جز اسید که با اندازه گیری میزان PH در فاز آبی کنترل می گردد) مورد استفاده قرار می گیرند صورت می پذیرد .

در تهیه امولسیون ممکن است انواع مختلفی از افزودنیها از قبیل لاتکس، اس بی اس، و یا بیتومن دپ نیزی مورد استفاده قرار گیرند که در اینصورت ترکیبات خاص دیگری نیز به سیستم افزوده شده و برای تولید این نوع از امولسیون ها تکنیک های خاصی وجود دارد . برای مثال لاتکس در مقابل نیروهای برشی وارده واکنش نشان داده و ممکن است در مسیر سیستم و یا در پمپ لخته گردد. همچنین برای تولید قیر امولسیون از قیر اصلاح شده با اس بی اس نیز عملیات تولید بایستی در دمایی بالاتر از نقطه جوش آب صورت پذیرد . لذا تولید در محیط خلاء و خنک نمودن محصول قبل از رها سازی آن در فشار اتمسفر داخل مخازن الزامیست . در سیستمهای خطی می توان جهت عملیات خنک سازی از لوله های انتقال آب به داخل سیستم بهره برد . در این روش می توان انرژی لازم برای گرم نمودن آب را از محصول تولید شده دریافت نموده و ضمن خنک نمودن محصول درجه حرارت آب را نیز افزایش داد. حال آنکه در کارخانه های بچ آب حرارت دیده بایستی در مخزن برای تولید بچ آتی ذخیره گردد.

در کارخانه های معمول می توان دبی جریان ترکیبات را با اندازه گیری درجه حرارت تخمین زده در حالیکه با استفاده از جریان سنج ها می توان شدت جریان را با دقت بسیار بالاتری اندازه گیری نمود .

پروسه تولید امولسیون شامل جداسازی قیر به ذرات کوچک می باشد که در مقابل آن نیروهای چسبندگی داخلی، ویسکوزیته قیر و کشش سطحی داخلی برای جلوگیری از ایجاد سطوح جدید مقاومت می نمایند . از طرف دیگر ذرات همیشه تمایل به انعقاد مجدد دارند. لذا برای تولید امولسیون علاوه بر اعمال نیروی مکانیکی به سیستم در جهت تولید ذرات ریز قیر بایستی تدبیری برای جلوگیری از بهم پیوستن مجدد ذرات تشکیل شده نیز اندیشید . اندازه ذرات تشکیل دهنده امولسیون تولید شده از سرعت روتور آسیاب، فاصله میان روتور و قسمت ثابت (پوسته)، مدت زمان عبور از آسیاب، میزان و نوع امولسیفایر و همینطور دمای تولید تاثیر می پذیرند.

بطور معمول برای به حداقل رسانیدن تاثیر مقاومت ویسکوزیته قیر برای تولید امولسیون سعی می گردد تا از حداکثر درجه حرارت عملی ممکن استفاده نمود . قیر را ۱۶۰ -۱۱۰ درجه سلسیوس حرارت می دهند تا ویسکوزیته آن به ۵۰۰cSt4 یا کمتر برای تزریق به درون آسیاب برسد . همچنین فاز آبی را نیز ۷۰-۳۰ درجه سلسیوس حرارت داده تا علاوه بر حل نمودن امولسیفایر در خود پس از اختلاط با قیر مخلوط حاصل حداقل دمای لازم را برای ایجاد امولسیون را دارا باشد . در آسیاب های کلوئیدیی که اعمال فشار امکانپذیر نمی باشد این دما به حداکثر ۱۰۰ درجه سانتیگراد محدود می گردد. لیکن در مدلهای پیشرفته که امکان اعمال فشار نیز وجود دارد می توان این دما را تا بیش از ۱۲۰ درجه سانتیگراد بالا برد . از طرفی برای تولید امولسیون با کیفیت مناسب ویسکوزیته قیر در دمای تولید امولسیون نبایستی کمتر از ۱۰۰۰۰cSt باشد . لذا یکی از کاربردهای سیستمهای تحت فشار اولیه امولسیون از قیرهای پلیمری با درصد بالا می 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.