ایده هاایده های صنعتیبخش صنعت

طرح تولید قیرامولوسیون بیتومین

سفارش طرح توجیهی

معرفی قیرامولوسیون بیتومین

محصول مورد مطالعه طرح حاضر تولید قیرامولوسیون بیتومین میباشد که به قیر سبز موسوم است. این نوع قیر در اویل قرن گذشته اختراع و در سالهای بعد از جنگ جهانی دوم با توجه به مزیت های فنی و اقتصادی و عمدتا” به دلیل سازگاری با محیط زیست به عنوان جایگزین قیرهای محلول مورداستفاده قرار گرفته است. در سالهای اخیر با توجه به کاربردهای جدید قیر امولسیون در صنعت راهسازی و دیگر صنایع این محصول اهمیت روز افزونی در صنعت قیر جهان داشته است. اما قبل از پرداختن به محصول اصلی لازم است ابتدا با تعاریف و اصطلاحاتی که در رابطه با موضوع طرح مورد بررسی است باید آشنا شد:

  1. تعریف قیر و کاربردهای آن
    بدون شک واژه قیر نزد توده مردم واژه ای آشناست. اما شاید این ماده به آن اندازه که در عرف عامیانه ماده ای شناخته شده و مشخص است, برای متخصصین فن معروف و مشخص باشد. دربرداشت عامیانه قیر ماده ای سیاه، بدبو و احیانأ ناخوشایند است که دو خاصیت مشخص دارد؛ چسپندگی و آب بندی، منشأ قیر از نفت میباشد .آغاز صنعت مدرن قیر را میتوان به سال ١٧١٢ میلادی دانست که سنگهای قیری (قیر طبیعی) در فرانسه کشف شدند، در آن هنگام مواد قیری را بصورت ساده ای مانند کلوخه روی سطح جاده های محلی پخش میکردند و این تکنیک کاملاً موفقیت آمیز بود و در مدت کوتاهی در کار بصورت پودر کردن و گرم کردن مواد قبل از استفاده حاصل شد.با پیشرفت علم و تکنولوژی قیر کاربردهای بسیار متنوع و گسترده ای در صنایع گوناگون و جهت مصارف مختلف از جمله راهسازی پوشش: کف ـ بام ـ لوله های زیرزمینی ـ محافظ فلزات ، آب بندی: مخازن، کانالها، پلها ،تثبیت شنهای روان، رنگ آمیزی و……. پیدا نموده است. قیر در راهسازی بعنوان یک نوع پوشش حافظتی و بعنوان یک عامل چسباننده در صنعت ساختمان بکار برده میشود. در بسیاری از فعالیتهای رایج در این زمینه قیر در حدود ٢٠٠-١٠٠ درجه سلسیوس حرارت داده می شود تا به اندازه کافی جهت اختلاط با مصالح دانه ای روان گردد. مخلوطهای گرم بایستی بصورت گرم ذخیره، حمل و استفاده گردند در غیر اینصورت کارایی خود را از دست می دهند. ظرفیت نهایی راه احداث شده همزمان با سرد شدن مخلوط پخش شده بهبود می یابد. گاهی قیر را با حلالهای نفتی همانند کروزون امتزاج می دهند تا روان گردد و در اینصورت مقاومت نهایی مصالح همزمان با تبخیر حلال پدید می آید.
  2. ساختار قیر
    قیرها از نظر فیزیکی یک ماده هموژن هستند با این حال از نظر شیمیایی یک مخلوط ناهمگون از ترکیبات شیمیایی مختلف می باشد. علیرغم این مسئله همه قیرها دارای یک سری خصوصیات و خواص مشترک میباشند. ساختار اتمی قیرها دارای یک سری خصوصیات و خواص مشترک می باشند. ساختار اتمی قیرها حاکی از آن است که حدود ٩٠% قیر را اتمهای آربن و هیدروژن تشکیل میدهند. اغلب قیرها دارای نیتروژن، گوگرد، اکسیژن به نسبتهای مختلف ولی کم میباشد. مقادیر ناچیز از سایر اتمهای فلزی مختلف نیز معمولا” یافت میشود ولی روشن است که تأثیری بر خواص قیر ندارد. قیر یا مواد قیری مخلوط بسیار متنوعی از طیف وسیع هیدروکربنها میباشند که در انواع دسته بندی های اشباع و غیر اشباع، حلقوی و غیر حلقوی، قطبی غیر قطبی قرار میگیرند.
  3. انواع قیرها
    • قیر طبیعی (بیتومین)
      در زمانهای گذشته، درختان و گیاهان نابود شده و به اعماق مردابها فرو میرفتند. به مرور زمان آنها لایه های از یک ماده اسفنجی به نام تورب (ذغال سنگ نارس) را تشکیل داده اند. این تورب به مدت صدها سال با ماسه، رس و سایر مواد معدنی پوشیده گردیده که نتیجه آن بوجود آمدن نوعی سنگ به نام سنگ رسوبی بود. با گذشت زمان سنگهای بیشتری روی هم انباشته شده و در نتیجه وزن بیشتری را روی لایه های زیرین وارد آوردند بدین طریق تورب تحت فشار زیادی قرار گرفته و فشرده تر شد تا اینکه آب از آن خارج و سرانجام بعد از میلیونها سال به ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل گردید. ذغال سنگ ماده ای سخت و سیاه رنگ است که از آربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و مقادیر متغیری سولفور تشکیل گردیده و دارای سه نوع اصلی می باشد:
      • آنتراسیت (ذغال سنگ خشک خالص )
      • بیتومین (قیر طبیعی )
      • لیگنیت (ذغال سنگ قهوه ای رنگ )

      سخترین نوع ذغال سنگ آنتراسیت است که دارای کربن بیشتری بوده و در نتیجه دارای انرژی زیادی است. لیگینت نرم و مقدار آربن آن کم بوده اما مقدار هیدروژن و اکسیژن آن زیاد است. خواص قیر طبیعی (بیتومین) بین آنتراست و لیگنیت قرار دارد.

    • قیر محلول
      این نوع قیر با پیشرفت علم و تکنوژی بصورت صنعتی از طیف وسیع هیدروکربنها ساخته شده و در فرمول ساخت آن ٣۵% را نفت تشکیل میدهد. قیر محلول از نفت خام بدست می آید.
    • قیرامولسیون
      قبل از آشنائی با قیر امولسیون و دلایل کاربرد آن لازم است تعریفی از امولسیون داشته باشیم. به تعبیری ساده میتوان گفت:«امولسیون مخلوط معلق یک مایع در یک مایع دیگر بوده که قابل حل شدن در یکدیگر نمی باشد.»
      امولسیون حالت تعلیق ذرات بسیار ریز یک نوع مایع در مایع دیگر می باشد. امولسیون را می توان با استفاده از هر دو نوع مایع غیر قابل امتزاج با یکدیگر تولید نمود. اصولا سه نوع امولسیون وجود دارد:
      1. امولسیون روغن در آب
      2. امولسیون آب در روغن
      3. امولسیون چند فازی

      امولسیون های روغن در آب که دارای یک فاز پیوسته(فاز آبی) و فاز ذرات معلق(فاز روغن) که محلول در آب نیستند می باشد. امولسیونهای آب در روغن آن دسته از امولسیون هایی هستند که دارای یک فاز پیوسته روغنی و فاز ذرات معلق آب می باشد . امولسیون های آب در روغن در برخی موارد امولسیون های معکوس نیز نامیده می شود. امولسیون چند فازی نیز به امولسیون هایی اتلاق می گردد که در آنها ذرات معلق خودشان شامل ذرات ریزتری بوده که همان فاز سوم را تشکیل می دهد. عموما مواد تشکیل دهنده فاز سوم مشابه مواد فاز پیوسته می باشند .

      تولید قیرامولوسیون بیتومین

      البته آب و روغن ممکن است در صورت اختلاط تشکیل امولسیون دهند . اما این امولسیون ناپایدار بوده و به محض خاتمه عمل اختلاط ذرات معلق بسرعت بهم می پیوندند. در حقیقت امولسیونهای پایدار دارای یک عامل تشکیل دهنده سوم می باشند که امولسیفایر یا مایه امولسیون نامیده می شود . نقش این ماده جلوگیری از بهم پیوستن مجدد ذرات معلق است. امولسیونها بر اساس منبع تهیه به گروه مصنوعی و طبیعی تقسیم می شوند. نمونه نخستین امولسیون طبیعی شامل امولسیون شیر پستانداران بوده که از 1.5% تا 8.5% ذرات چربی در آن وجود دارد. در مورد امولسیون های مصنوعی می توان محصولات دارویی ، آرایشی، خوراکی، نگهدارنده ها و…… را می توان نام برد.

      از طرفی اکثر قیرهای که در صنعت راهسازی استفاده می شود در حرارت معمولی حالت خمیری و نیمه جامد دارند. به همین جهت استفاده در عملیات آسفالت پوششی ابتدا بایستی به کمک حرارت آنها را سیال نموده و سپس قشر نازکی از آنها در سطح راه پخش نمود از آنجایی که تهیه تسهیلات ودستگاههای گرم آردن قیر در نقاط دور دست مقدور نبوده و مقرون به صرفه نیست متخصصین سعی نموده اند که به طریقی کاربرد قیر سرد را در صنعت عملی سازند که با پیدایش امولسیون قیر نه تنها عملا” کاربرد قیر در سرما مقدور گردید , بلکه نقصی هم که در کاربرد قیرهای مخلوط وجود داشت و آن تبخیر نفت موجود در آنها که آثار مخرب زیست محیطی در پی داشت در این نوع قیر وجود نداشت. زیرا در فرمول ساخت قیر محلول ٣۵% آن را نفت و ما بقی را قیر تشکیل میداد که در قیر امولسیون سهم ٣۵% نفت را آب تشکیل میدهد که در این شیوه ذرات قیر درون آب بصورت معلق در می آیند.

      قیر امولسیون از آن دسته از امولسیون های آب در روغن می باشند که دارای یک فاز پیوسته روغنی و فاز ذرات معلق در آب بوده و فاز سوم را مواد تشکیل دهنده فاز پیوسته تشکیل می دهد. قیرهای امولسیون عموما از همان نوع امولسیون های روغن در آب بوده حال آنکه امولسیون های معکوس که از قیرهای برگشتی تهیه می گردند . نیز کاربردهای خاص خود را دارا می باشند . شواهدی نیز مبنی بر امکان تولید امولسیون های چند فازی آب –قیر –آب نیز در دست می باشد. عموما امولسیون هایی که حاوی ٨٠% تا ۴٠% قیر می باشند سیالهایی قهوه ای رنگ بوده که گرانروی آنها حدود روانی شیر تا خامه متغیر می باشد. قطر ذرات معلق نیز از 0.1 تا ٢٠ میکرون متغیر می باشد.

بررسی موارد مصرف و کاربرد قیرامولوسیون بیتومین

بدلیل اینکه تبخیر نفت که آثار مخرب زیست محیطی در پی دارد در این نوع قیر وجود ندارد. موارد مصارف فراوانی پیدا کرده است که به برخی از آنها اشاره می شود:

  • استفاده در ترکیب آسفالت جاده ها:
    سالانه 3.1 میلیون تن قیر صنعتی در پالایشگاههای کشور تولید می شود و ٢میلیون تن از آن به بخش راه تخصیص دارد. بنابراین یکی از عمده موارد کاربرد آن در آسفالت جاده ها و راه ها می باشد.
  • استفاده در تعمیر و نگهداری جاده ها :
    لکه گیری با استفاده از قیر امولسیون دارای مزایای زیر می باشد:
    1. نیازی به گرم کردن قیر وجود ندارد
    2. به راحتی در دمای محیط قابل مصرف می باشد.
    3. برروی رو سازهای مرطوب قابل کاربرد می باشد
    4. با استفاده از مصالح مرطوب امکان اجرای عملیات درکارگاه از فصل بهار تا انتهای فصل پاییز فراهم است.
    5. شکست سریع امولسیون در تقابل با مصالح سنگی و هوا چسپندگی مناسبی را برای لایه پخش شده بوجود می آورد.
    6. امولسیون سمی نیست.
    7. امولسیون در نزدیکی کارگاه قابل دسترسی است.
  • جهت پوشش آف ،بام، لوله های زیرزمینی محافظ فلزات بعنوان عایق زد رطوبت
  • بعنوان عایق آب بندی در مخازن، کانالها، پلها ، سدها ،و…….
  • در صنعت رنگ آمیزی

اهمیت استراتژیکی قیرامولوسیون بیتومین

استراتژی جهانی در حفظ و حراست از محیط زیست و ملاحظات فنی و اقتصادی باعث گردیده تا طرح جایگزینی قیرهای امولسیونی به جای قیرهای محلول صنعتی در دستور کار قرار گیرد. قیر امولسیون که به قیر سبز موسوم است در سالهای اخیر به دلیل سازگاری با محیط زیست بعنوان جایگزین قیر صنعتی قرار گرفته است. از آنجا که این محلول ارزشمند علاوه بر مزایای متعدد زیست محیطی از نظر فنی موجب دوام بیشتر و سهولت کاربرد آن از جنبه های اقتصادی موجب عدم ضایع شدن منابع گرانبهای ملی می شود می تواند از کالاهای مهم و استراتژیک باشد .

کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده قیرامولوسیون بیتومین

کشور فرانسه بعنوان مهد این تکنولوژی معروف است. تولید این محصول در این کشور از ١٠٠٠٠ تن در سال ١٩٢٣ به ١٢٠٠٠٠٠ تن رسیده است. از جمله دیگر کشورهای تولید کننده این محصول می توان ایتالیا، چین، دانمارک و اکثر آشورهای صنعتی جهان نام برد. امروزه در تمام نقاط دنیا در ساخت اکثریت جاده ها از این محصول استفاده می کنند.

بررسی اجمالی تکنولوژی و روش های تولید قیرامولوسیون بیتومین

با توجه به اینکه قیر امولسیون یک محصول جایگزین بوده و عمده کشورهای دارنده این تکنولوژی از قبیل فرانسه، دانمارک، ایتالیا، آمریکا و چین از سطح تکنولوژی بالایی برخوردارند. سطح تکنولوژی واحدهای فعال موجود در داخل کشور نیز بدلیل بهره گیری از ماشین آلات این کشورها از همان سطح مدرن برخوردار و روش تولید آنها تفاوت چندانی با روش تولید دیگر کشورها ندارد.
امروزه دوروش تجاری جهت تهیه امولسیون قیر مورد نیاز صنعت متداول است که عبارتند از :

  1. روش آسیاب آلوئیدی
  2. روش مخلوط کردن سریع

اختلاف اساسی بین این دو روش در این است که در روش آسیاب آلوئیدی امولسیون بطور مداوم تهیه می شود. در صورتیکه در روش مخلوط کردن سریع امولسیون در تعدادی ظروف مجزا تهیه می شود.
روش آسیاب آلوئیدی
آسیاب آلوئیدی از یک میله که درون یک استوانه قرار دارد تشکیل شده است. فاصله بین میله و جداره داخلی استوانه 0.5 تا 0.3 میلی متر است. میله داخل استوانه به کمک برق و با سرعت ١٠٠٠٠ فوت در دقیقه گردش می کند. جهت تهیه امولسیون محلول داغ امولسیون ساز , آب و قیر گرم طبیعی را با نسبت های مشخص و بطور جداگانه در آسیاب آلوئیدی که در حال چرخش است وارد می کنند و از طرف دیگر آسیاب, امولسیون قیر آکه حالت کاملأ یکنواخت دارد خارج می گردد. لازم به ذکر است همانطوریکه گفته شد ٣۵ درصد قیرامولوسیون بیتومین را آب و مابقی را قیر طبیعی(بیتومین) تشکیل می دهد.

قیر امولسیون را می توان در کارخانه های Batch و همینطور کارخانه هایی با سیستم خطی نیز تولید نمود. در سیستمهای Batch تولید قیر امولسیون به دو مرحله فاز آبی (حلال) و مرحله تولید نهایی امولسیون تقسیم بندی 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 آلوئیدی وارد می گردند . چنانچه لازم باشد تا حلال را به قیر نیز اضافه نماییم آنگاه یک مخزن Batch نیز برای قیر مورد نیاز می باشد . در غیر این صورت حلال بایستی به صورت موازی به مصرف برسد .

در کارخانه های Batch 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 سیستم های بسته می تواند بسیار ایمن تر و سالم تر از کار با مخازن روباز و یا پمپ های متحرک باشد.
تولید امولسیون

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 Batch 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 به میزان مناسب فراهم آید. این عملیات بصورت اتوماتیک و با استفاده از جریان سنج هایی 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 .

سیستم خطی

در تهیه امولسیون ممکن است انواع مختلفی از افزودنیها از قبیل لاتکس، SBS ، و یا بیتومین 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 SBS 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 Batch آب حرارت دیده بایستی در مخزن برای تولید Batch 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.

لیست تجهیزات و ماشین آلات موردنیاز تولید قیرامولوسیون بیتومین

ردیفشرح ماشین آلاتتعداد
1تجهیزات ساخت امولسیون ۵ تا ١٢ تن در ساعتبا توجه به ظرفیت
2تانک نگهداری قیر١٠٠٠ لیتری به همراه مشعل ذوببا توجه به ظرفیت
3سیستم انتقال بین دستگاهیبا توجه به ظرفیت
4سیستم پمپاژ آببا توجه به ظرفیت
5کمپرسور هوابا توجه به ظرفیت
6سیستم کنترلرمیکروپروسسوریبا توجه به ظرفیت
7ماشین آماده سازی مواد افزودنیبا توجه به ظرفیت
8ماشین همزن شیمیائیبا توجه به ظرفیت
9سیستم کنترل فشاربا توجه به ظرفیت
10تجهیزات بارگیریبا توجه به ظرفیت
11تجهیزات توزینبا توجه به ظرفیت
12تجهیزات آزمایشگاهی کنترل کیفیتبا توجه به ظرفیت

User Rating: 3.35 ( 1 votes)
به این مطلب امتیاز دهید:
1 رای1/5
گرد آورنده
ایـ توجیهی
برچسب ها
دانلود رایگان طرح توجیهی

نوشته های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
سبدخرید حذف شد . Undo
  • هیچ محصولی در سبد وجود ندارد.
بستن
بستن