Kako izbjeći lokalno pregrijavanje i fluktuacije modula (M vrijednost) tijekom proizvodnje Modul (M): 3,4±0,1 natrijev silikat u prahu ?
1. Pregled procesa proizvodnje natrijevog silikata u prahu i utjecaj fluktuacija modula
Natrijev silikat u prahu, kao važan kemijski proizvod anorganskog silicija, proizvodi se od tekućeg vodenog stakla sušenjem, prskanjem i drugim postupcima. Uzimajući Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd kao primjer, njegov instant praškasti natrijev silikat HLNAP-4 model ima karakteristike modula 3,4±0,1 i sadržaj silicijevog dioksida 61,0-65,0%, koji se naširoko koristi u deterdžentima, dodacima za brzo sušenje cementa i drugim poljima. U procesu proizvodnje, modul (M vrijednost) je ključni pokazatelj za mjerenje performansi proizvoda. To je omjer količine silicijevog dioksida i natrijevog oksida koji izravno utječe na topljivost i svojstva cementacije proizvoda. Lokalno pregrijavanje jedan je od važnih čimbenika koji uzrokuju fluktuacije modula. Ako je lokalna temperatura previsoka tijekom proizvodnog procesa, to će ubrzati reakciju polikondenzacije otopine natrijevog silikata, promijeniti stupanj polimerizacije silicijeva dioksida, a zatim uzrokovati odstupanje modula od ciljane vrijednosti od 3,4±0,1, utječući na stabilnost i dosljednost kvalitete proizvoda. Stoga je proučavanje kako izbjeći fluktuacije modula uzrokovane lokalnim pregrijavanjem od velike važnosti za poboljšanje kvalitete proizvodnje praškastog natrijeva silikata.
2. Analiza uzroka lokalnog pregrijavanja u proizvodnji praškastog natrijevog silikata
(I) Utjecaj opreme za proces sušenja
U procesu sušenja praškastog natrijevog silikata, uobičajeno korištene opreme kao što su tornjevi za sušenje raspršivanjem i sušilice s fluidiziranim slojem, ako je dizajn opreme nerazuman ili su radni parametri nepravilno postavljeni, lako je uzrokovati neravnomjernu raspodjelu materijala u prostoriji za sušenje, nakupljanje materijala u lokalnim područjima ili prekomjerno vrijeme zadržavanja, uzrokujući tako lokalno pregrijavanje. Na primjer, ako raspršivač tornja za sušenje raspršivanjem ima slab učinak raspršivanja i neravnomjernu raspodjelu veličine kapljica, veće kapljice brzo padaju u tornju za sušenje i mogu doći do dna tornja prije nego što se potpuno osuše, dok manje kapljice mogu predugo ostati u području visoke temperature, što rezultira lokalnim pregrijavanjem. Osim toga, nejednaka brzina protoka i raspodjela temperature medija za sušenje (kao što je vrući zrak) također će uzrokovati neravnomjerno zagrijavanje različitih dijelova materijala, što će rezultirati lokalnim pregrijavanjem.
(II) Utjecaj karakteristika materijala i procesa obrade
Kao sirovina za proizvodnju natrijevog silikata u prahu, koncentracija, viskoznost i druge karakteristike tekućeg vodenog stakla utjecat će na prijenos topline i mase tijekom procesa sušenja. Kada je koncentracija tekućeg vodenog stakla previsoka, a viskoznost velika, raspršivanje kapljica se povećava tijekom procesa sušenja raspršivanjem i lako je formirati veće kapljice ili tekuće filmove, što otežava isparavanje unutarnje vode, a toplina se nakuplja unutra, uzrokujući lokalno pregrijavanje. Istodobno, tijekom prethodne obrade sirovina, ako je miješanje neravnomjerno, to može dovesti do lokalnih razlika u koncentraciji u materijalu, a područja s visokom koncentracijom vjerojatnije će se pregrijati zbog lošeg prijenosa topline tijekom sušenja.
(III) Utjecaj parametara upravljanja proizvodnim procesom
Ako su kontrolni parametri u procesu proizvodnje, kao što su temperatura sušenja, brzina punjenja, vrijeme sušenja itd., postavljeni nerazumno ili je kontrola nestabilna, to će također uzrokovati lokalno pregrijavanje. Na primjer, kada je temperatura sušenja previsoka, a brzina dodavanja prespora, materijal predugo ostaje u okruženju visoke temperature i sklon je pregrijavanju; dok je brzina dodavanja prebrza, materijal se možda neće potpuno osušiti na vrijeme, što ne samo da utječe na sadržaj vlage u proizvodu, već može uzrokovati i lokalno pregrijavanje zbog kontinuiranog zagrijavanja nekih materijala tijekom naknadne obrade. Osim toga, ako postoje problemi s položajem ugradnje i preciznošću senzora temperature, on možda neće moći točno pratiti promjene temperature u lokalnom području, što rezultira nemogućnošću upravljačkog sustava da se prilagodi na vrijeme, što uzrokuje lokalno pregrijavanje.
3. Ključne tehničke mjere za izbjegavanje fluktuacija modula uzrokovanih lokalnim pregrijavanjem
(I) Optimizirajte strukturu i radne parametre opreme za sušenje
Optimizacija tornja za sušenje raspršivanjem
Upotrijebite novu vrstu raspršivača, kao što je kompozitni raspršivač koji kombinira centrifugalni raspršivač s raspršivačem protoka zraka, kako biste poboljšali ujednačenost veličine kapljica. Centrifugalni raspršivač može kontrolirati veličinu kapljica prilagodbom brzine, dok raspršivač protoka zraka može izvesti sekundarnu atomizaciju na većim kapljicama, čineći distribuciju veličine kapljice koncentriranijom i smanjujući lokalno pregrijavanje uzrokovano nejednakom veličinom kapljica. Na primjer, u proizvodnoj praksi tvrtke Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, uvođenjem kompozitnog raspršivača, udio raspodjele veličine kapljica u rasponu od 50-150 μm povećan je na više od 85%, značajno poboljšavajući ujednačenost procesa sušenja.
Optimizirajte unutarnju strukturu tornja za sušenje, kao što je postavljanje vodeće ploče ili razdjelnika u toranj za usmjeravanje vrućeg zraka kako bi bio ravnomjerno raspoređen i izbjegavajte vrtložna strujanja ili lokalna područja velike brzine. Vodeća ploča može dovesti do strujanja vrućeg zraka prema dolje u obliku spirale, povećati vrijeme kontakta i ujednačenost između vrućeg zraka i materijala i smanjiti prianjanje materijala na zid tornja, smanjujući rizik od lokalnog pregrijavanja.
Razumno namjestite položaj ulaza i izlaza zraka tornja za sušenje kako biste osigurali nesmetan protok vrućeg zraka i izbjegli mrtve kutove. Ulaz zraka može se rasporediti na prstenasti način tako da vrući zrak ravnomjerno ulazi sa svih strana tornja, a izlaz zraka postavljen je u sredini dna tornja kako bi se osiguralo da se ispušni plin ispušta na vrijeme i održala stabilnost protoka zraka u tornju.
Optimizacija sušara s fluidiziranim slojem
Dizajnirajte prikladnu strukturu fluidiziranog sloja, kao što je višeslojni fluidizirani sloj ili unutarnji grijani fluidizirani sloj. Višeslojni fluidizirani sloj može učiniti da se materijal suši u različitim slojevima. Svaki sloj ima različite parametre temperature i protoka zraka kako bi se postiglo gradijentno sušenje i izbjeglo pregrijavanje materijala zbog dugog vremena zadržavanja u jednom sloju. Unutarnji grijani fluidizirani sloj postavlja grijaće elemente kao što su toplinske cijevi ili parne zavojnice u sloj sloja za prijenos topline izravno na materijal, poboljšava učinkovitost prijenosa topline, smanjuje količinu vrućeg zraka, smanjuje potrošnju energije i mogućnost lokalnog pregrijavanja.
Optimizirajte ploču za raspodjelu protoka zraka fluidiziranog sloja kako biste osigurali da protok zraka ravnomjerno prolazi kroz sloj sloja. Brzina otvaranja, veličina otvora i način raspodjele ploče za raspodjelu protoka zraka izravno utječu na jednolikost protoka zraka. Porozna ploča ili distribucijska ploča u obliku konusa može se koristiti kako bi se protok zraka ravnomjerno rasporedio na dnu sloja sloja kako bi se izbjeglo kanaliziranje ili fenomen mrtvog sloja materijala, čime se smanjuje lokalno pregrijavanje.
(II) Ojačati kontrolu svojstava materijala i prethodnu obradu
Optimizacija koncentracije sirovine i viskoznosti
Strogo kontrolirajte koncentraciju tekućeg vodenog stakla i prilagodite koncentraciju na odgovarajući raspon u skladu sa zahtjevima procesa sušenja. Općenito govoreći, pogodna koncentracija tekućeg vodenog stakla za sušenje raspršivanjem je 30 - 40°Bé. Unutar ovog raspona koncentracija, učinak atomizacije kapljica je bolji, brzina isparavanja vode je umjerena, a pojava lokalnog pregrijavanja može se smanjiti. Ako je koncentracija previsoka, može se prilagoditi razrjeđivanjem vodom; ako je koncentracija preniska, potrebno ju je koncentrirati.
Viskoznost tekućeg vodenog stakla može se smanjiti dodavanjem odgovarajuće količine disperzanta ili površinski aktivne tvari. Disperzanti kao što je natrijev heksametafosfat mogu se adsorbirati na površini čestica natrijevog silikata kako bi se spriječilo nakupljanje čestica, smanjila viskoznost sustava i poboljšala izvedba atomizacije. Surfaktanti kao što je natrijev dodecilbenzen sulfonat mogu smanjiti površinsku napetost tekućine, olakšavajući raspršivanje kapljica u fine čestice, poboljšavajući učinkovitost sušenja i smanjujući nakupljanje topline.
Pojačanje miješanja i miješanja materijala
Tijekom skladištenja i transporta sirovina koristi se visokoučinkovita oprema za miješanje, kao što je kombinirana metoda miješanja koja kombinira sidrenu miješalicu i propelernu miješalicu, kako bi se osiguralo ravnomjerno miješanje materijala i izbjegle lokalne razlike u koncentraciji. Sidrena mješalica može ukloniti naslage materijala na dnu i zidu spremnika, dok propelerna mješalica može generirati snažan aksijalni protok, tako da materijal stvara cirkulacijski tok u spremniku i poboljšava ujednačenost miješanja.
Za proizvodnju velikih razmjera, statička miješalica može se postaviti na transportni cjevovod kako bi se dodatno poboljšalo miješanje materijala. Statička miješalica sastoji se od niza fiksnih elemenata za miješanje. Materijal se kontinuirano dijeli i rekombinira prilikom prolaska kako bi se postiglo ravnomjerno miješanje, osigurala dosljednost karakteristika materijala koji ulaze u opremu za sušenje i smanjilo lokalno pregrijavanje uzrokovano nejednakim materijalima.
(III) Točna kontrola parametara proizvodnog procesa
Precizna kontrola temperature sušenja
Usvojite napredne sustave kontrole temperature, kao što su neizraziti PID sustavi upravljanja temeljeni na PLC-u, kako biste postigli praćenje u stvarnom vremenu i precizno podešavanje temperature sušenja. Postavite više temperaturnih senzora u različitim područjima tornja za sušenje, kao što su ulaz zraka, sredina tijela tornja, izlaz zraka itd., za prikupljanje podataka o temperaturi u stvarnom vremenu i prijenos podataka na PLC kontroler. Regulator automatski prilagođava snagu grijaćeg elementa ili brzinu protoka vrućeg zraka u skladu s unaprijed postavljenim temperaturnim rasponom i neizrazitim PID kontrolnim algoritmom kako bi održao temperaturu sušenja unutar raspona od ±2 ℃ postavljene vrijednosti kako bi se izbjegle prekomjerne temperaturne fluktuacije i lokalno pregrijavanje.
Uspostavite mehanizam upozorenja na temperaturu. Kada temperatura određenog područja prijeđe postavljenu gornju granicu, sustav će odmah izdati alarm i automatski prilagoditi relevantne parametre, poput povećanja brzine dodavanja ili smanjenja snage grijanja, kako bi se smanjila temperatura područja i spriječilo lokalno pregrijavanje od daljnjeg pogoršanja.
Koordinirana kontrola brzine dodavanja i vremena sušenja
U skladu s kapacitetom obrade opreme za sušenje i karakteristikama materijala, optimalna kombinacija brzine dodavanja i vremena sušenja određena je eksperimentima. Brzina dovodne pumpe kontrolirana je tehnologijom regulacije brzine promjenjive frekvencije kako bi se postigla kontinuirana podesiva brzina dovoda. Tijekom proizvodnog procesa, stupanj suhoće materijala prati se u stvarnom vremenu putem internetske opreme za detekciju, kao što je detekcija raspodjele veličine čestica proizvoda pomoću laserskog analizatora veličine čestica i detekcija sadržaja vlage u proizvodu putem mjerača vlage. Prema rezultatima ispitivanja, brzina dodavanja i vrijeme sušenja prilagođavaju se na vrijeme kako bi se osiguralo da materijal ima dovoljno vremena za dovršetak procesa sušenja u sušionici, dok se izbjegava pregrijavanje zbog dugog vremena zadržavanja.
Za različite modele praškastih natrijevih silikatnih proizvoda, kao što je model HLNAP-4 s modulom od 3,4±0,1, zbog mogućih razlika u njihovom sirovinskom sastavu i karakteristikama sušenja, potrebno je formulirati personalizirane planove kontrole brzine punjenja i vremena sušenja. Na primjer, kada se proizvodi HLNAP-4, brzina dodavanja može se kontrolirati na 50-80L/h, a vrijeme sušenja može se kontrolirati na 15-25min. Točnost upravljanja može se dodatno poboljšati prikupljanjem i optimizacijom stvarnih podataka o proizvodnji.
(IV) Uvođenje napredne tehnologije praćenja i analize
Primjena tehnologije online nadzora
Instalirajte online infracrveni termometar za praćenje raspodjele površinske temperature materijala tijekom procesa sušenja u stvarnom vremenu. Infracrveni termometar ima prednosti beskontaktnog mjerenja, brze reakcije i visoke točnosti mjerenja. Može pravovremeno otkriti abnormalno povećanje lokalne temperature materijala. Povezivanjem podataka praćenja infracrvenog termometra s kontrolnim sustavom opreme za sušenje, može se postići rano upozorenje u stvarnom vremenu i automatsko podešavanje lokalnog pregrijavanja.
Upotrijebite mrežni analizator veličine čestica laserskog raspršenja za kontinuirano praćenje promjena veličine čestica materijala tijekom procesa sušenja. Promjena veličine čestica može odražavati stupanj sušenja i zagrijavanja materijala. Ako se veličina čestica materijala u lokalnom području iznenada poveća, to može značiti da je područje pregrijano, što dovodi do aglomeracije čestica. Oscilacije modula mogu se izbjeći pravovremenim podešavanjem parametara sušenja.
Primjena procesne analitičke tehnologije (PAT)
Koristite tehnologiju analize bliske infracrvene spektroskopije za praćenje promjena u kemijskom sastavu materijala u stvarnom vremenu, kao što je omjer sadržaja silicijevog dioksida i natrijevog oksida, i neizravnu procjenu trenda promjena modula. Analiza bliske infracrvene spektroskopije ima karakteristike brzine, nedestruktivnosti i realnog vremena. Može kontinuirano prikupljati spektralne podatke tijekom proizvodnog procesa i pretvoriti spektralne podatke u informacije o kemijskom sastavu putem kemometrijskih modela kako bi pružio povratne informacije u stvarnom vremenu za kontrolu proizvodnog procesa.
Uspostavlja se matematički model proizvodnog procesa, a proces sušenja se dinamički simulira i predviđa u kombinaciji s podacima praćenja u stvarnom vremenu. Putem matematičkog modela može se analizirati utjecaj različitih procesnih parametara na raspodjelu temperature i modul materijala te unaprijed upozoriti na eventualne probleme lokalnog pregrijavanja, te optimizirati procesne parametre kako bi se postigla optimalna kontrola proizvodnog procesa.
4. Praksa i postignuća tvrtke Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd
Kao poduzeće specijalizirano za proizvodnju proizvoda od anorganskog silicija, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd pridaje veliku važnost kontroli stabilnosti modula u proizvodnji natrijevog silikata u prahu. Optimiziranjem i nadogradnjom opreme za sušenje, kao što je uporaba kompozitnog raspršivača i optimizacija unutarnje strukture tornja za sušenje, ujednačenost veličine kapljica je značajno poboljšana, a pojava lokalnog pregrijavanja u procesu sušenja smanjena je za više od 30%. U isto vrijeme, miješanje i miješanje veze predobrade materijala je pojačano kako bi se osigurala ujednačenost koncentracije i viskoznosti tekućeg vodenog stakla, postavljajući temelj za stabilan rad naknadnog procesa sušenja.
Što se tiče kontrole procesa, tvrtka je uvela neizraziti PID sustav kontrole temperature temeljen na PLC-u i online infracrveni termometar kako bi se postigla precizna kontrola temperature sušenja i praćenje lokalnog pregrijavanja u stvarnom vremenu. Optimiziranjem usklađivanja brzine punjenja i vremena sušenja, u kombinaciji s praćenjem modula u stvarnom vremenu tehnologijom analize spektroskopije blizu infracrvenog zračenja, raspon fluktuacije modula (M vrijednost) kontrolira se unutar ±0,05, što je daleko bolje od zahtjeva industrijskog standarda ±0,1, a stabilnost kvalitete proizvoda značajno je poboljšana.
Uz to, tvrtka je također uspostavila potpuni sustav upravljanja proizvodnim procesom, ojačala obuku zaposlenika i poboljšala svijest operatera i sposobnosti rukovanja lokalnim problemima pregrijavanja. Redovito održavanje proizvodne opreme osigurava normalan rad opreme, dodatno smanjujući lokalno pregrijavanje i fluktuacije modula uzrokovane kvarovima opreme.
