Hur man undviker lokal överhettning och modul (M-värde) fluktuationer under produktionen av Modul (M): 3,4±0,1 pulveriserat natriumsilikat ?
1. Översikt över tillverkningsprocessen av pulveriserat natriumsilikat och påverkan av modulfluktuationer
Natriumsilikat i pulverform, som en viktig oorganisk kiselkemisk produkt, tillverkas av flytande vattenglas genom torkning, sprutning och andra processer. Med Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd som ett exempel, har dess omedelbara pulveriserade natriumsilikat HLNAP-4-modell egenskaperna för modul 3,4±0,1 och kiseldioxidhalt 61,0-65,0%, som används allmänt i tvättmedel, snabbtorkande cementtillsatser och andra områden. I produktionsprocessen är modul (M-värde) en nyckelindikator för att mäta produktprestanda. Det är förhållandet mellan mängden kiseldioxid och natriumoxid, som direkt påverkar produktens löslighet och cementeringsegenskaper. Lokal överhettning är en av de viktiga faktorerna som orsakar modulfluktuationer. Om den lokala temperaturen är för hög under produktionsprocessen, kommer det att påskynda polykondensationsreaktionen av natriumsilikatlösningen, ändra graden av polymerisation av kiseldioxid och sedan få modulen att avvika från målvärdet på 3,4±0,1, vilket påverkar stabiliteten och konsistensen av produktkvaliteten. Att studera hur man undviker modulfluktuationer orsakade av lokal överhettning är därför av stor betydelse för att förbättra produktionskvaliteten för pulveriserat natriumsilikat.
2. Analys av orsakerna till lokal överhettning vid tillverkning av pulveriserat natriumsilikat
(I) Inverkan av torkprocessutrustning
I torkningsprocessen av pulveriserat natriumsilikat, vanlig utrustning som spraytorktorn och fluidiserade bäddtorkar, om utrustningens design är orimlig eller driftsparametrarna är felaktigt inställda, är det lätt att orsaka ojämn fördelning av material i torkrummet, ackumulering av material i lokala områden eller överdriven uppehållstid, vilket orsakar lokal överhettning. Till exempel, om spraytorktornets finfördelare har dålig finfördelningseffekt och ojämn droppstorleksfördelning, faller större droppar snabbt i torktornet och kan nå botten av tornet innan de är helt torkade, medan mindre droppar kan stanna i högtemperaturområdet för länge, vilket resulterar i lokal överhettning. Dessutom kommer den ojämna flödeshastigheten och temperaturfördelningen av torkmediet (som varmluft) också att orsaka ojämn uppvärmning av olika delar av materialet, vilket resulterar i lokal överhettning.
(II) Påverkan av materialegenskaper och bearbetningsprocess
Som råmaterial för tillverkning av pulveriserat natriumsilikat kommer koncentrationen, viskositeten och andra egenskaper hos flytande vattenglas att påverka värme- och massöverföringen under torkningsprocessen. När koncentrationen av flytande vattenglas är för hög och viskositeten är stor, ökar atomiseringen av droppar under spraytorkningsprocessen, och det är lätt att bilda större droppar eller flytande filmer, vilket gör det svårt att avdunsta det inre vattnet och värme ackumuleras inuti, vilket orsakar lokal överhettning. Samtidigt, under förbehandlingen av råmaterial, om omrörningen är ojämn, kan det leda till lokala koncentrationsskillnader i materialet, och områden med hög koncentration är mer benägna att överhettas på grund av dålig värmeöverföring under torkning.
(III) Inverkan av produktionsprocesskontrollparametrar
Om styrparametrarna i produktionsprocessen, såsom torktemperatur, matningshastighet, torktid etc., är orimligt inställda eller styrningen är instabil, kommer det också att orsaka lokal överhettning. Till exempel, när torkningstemperaturen är för hög och matningshastigheten är för låg, stannar materialet i högtemperaturmiljön för länge och är benäget att överhettas; medan matningshastigheten är för hög kan det hända att materialet inte torkas helt i tid, vilket inte bara påverkar produktens fukthalt, utan också kan orsaka lokal överhettning på grund av den fortsatta uppvärmningen av vissa material under den efterföljande bearbetningen. Dessutom, om det finns problem med installationspositionen och noggrannheten hos temperatursensorn, kanske den inte kan noggrant övervaka temperaturförändringarna i det lokala området, vilket resulterar i att styrsystemet inte kan justera i tid, vilket orsakar lokal överhettning.
3. Viktiga tekniska åtgärder för att undvika modulfluktuationer orsakade av lokal överhettning
(I) Optimera strukturen och driftsparametrarna för torkutrustningen
Optimering av spraytorktornet
Använd en ny typ av finfördelare, till exempel en sammansatt finfördelare som kombinerar en centrifugalförstoftare med en luftflödesförstoftare, för att förbättra enhetligheten i droppstorleken. Centrifugalförstoftaren kan styra droppstorleken genom att justera hastigheten, medan luftflödesförstoftaren kan utföra sekundär finfördelning på större droppar, vilket gör droppstorleksfördelningen mer koncentrerad och minskar lokal överhettning orsakad av ojämn droppstorlek. Till exempel, i produktionen av Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, genom att introducera en kompositförstoftare, ökades andelen droppstorleksfördelning i intervallet 50-150μm till mer än 85%, vilket avsevärt förbättrade enhetligheten i torkningsprocessen.
Optimera torktornets inre struktur, som att ställa in en styrplatta eller fördelare i tornet för att styra den varma luften jämnt fördelad och undvika virvelströmmar eller lokala höghastighetsområden. Styrplattan kan få den varma luften att strömma nedåt i en spiralform, öka kontakttiden och likformigheten mellan den varma luften och materialet och minska materialets vidhäftning mot tornväggen, vilket minskar risken för lokal överhettning.
Ställ rimligt in läget för luftinloppet och -utloppet från torktornet för att säkerställa ett jämnt flöde av varm luft och undvika döda hörn. Luftintaget kan fördelas på ett ringformigt sätt så att den varma luften kommer in jämnt från alla sidor av tornet, och luftutloppet ställs in i mitten av tornets botten för att säkerställa att avgaserna släpps ut i tid och bibehåller stabiliteten i luftflödet i tornet.
Optimering av fluidiserad bäddtork
Designa en lämplig fluidiserad bäddstruktur, såsom en flerskikts fluidiserad bädd eller en internt uppvärmd fluidiserad bädd. Den flerskiktiga fluidiserade bädden kan göra materialet torrt i olika lager i tur och ordning. Varje lager är inställt med olika temperatur- och luftflödesparametrar för att uppnå gradienttorkning och undvika överhettning av materialet på grund av lång uppehållstid i ett enda lager. Den internt uppvärmda fluidiserade bädden sätter värmeelement som värmerör eller ångslingor i bäddskiktet för att överföra värme direkt till materialet, förbättra värmeöverföringseffektiviteten, minska mängden varmluft, minska energiförbrukningen och möjligheten till lokal överhettning.
Optimera den fluidiserade bäddens luftflödesfördelningsplatta för att säkerställa att luftflödet passerar jämnt genom bäddskiktet. Luftflödesfördelningsplattans öppningshastighet, öppningsstorlek och fördelningsläge påverkar direkt luftflödets enhetlighet. En porös platta eller en konformad fördelningsplatta kan användas för att få luftflödet jämnt fördelat i botten av bäddskiktet för att undvika kanalbildning eller dödbäddsfenomen av materialet, och därigenom minska lokal överhettning.
(II) Stärka materialegenskapskontroll och förbehandling
Optimering av råvarukoncentration och viskositet
Kontrollera strikt koncentrationen av flytande vattenglas och justera koncentrationen till ett lämpligt intervall enligt kraven för torkningsprocessen. Generellt sett är den lämpliga koncentrationen av flytande vattenglas för spraytorkning 30 - 40°Bé. Inom detta koncentrationsområde är atomiseringseffekten av droppar bättre, vattenförångningshastigheten är måttlig och förekomsten av lokal överhettning kan minskas. Om koncentrationen är för hög kan den justeras genom att späda med vatten; om koncentrationen är för låg måste den koncentreras.
Viskositeten hos flytande vattenglas kan reduceras genom att tillsätta en lämplig mängd dispergeringsmedel eller ytaktivt medel. Dispergeringsmedel såsom natriumhexametafosfat kan adsorberas på ytan av natriumsilikatpartiklar för att förhindra partikelagglomerering, minska systemets viskositet och förbättra finfördelningsprestandan. Ytaktiva ämnen som natriumdodecylbensensulfonat kan minska vätskans ytspänning, vilket gör det lättare för droppar att finfördelas till fina partiklar, vilket förbättrar torkningseffektiviteten och minskar värmeackumuleringen.
Förstärkning av material omrörning och blandning
Under lagring och transport av råmaterial används högeffektiv omrörningsutrustning, såsom en kombinerad omrörningsmetod som kombinerar en ankaromrörare och en propelleromrörare, för att säkerställa att materialen omrörs jämnt och undvika lokala koncentrationsskillnader. Ankaromröraren kan ta bort materialavlagringarna på tankens botten och vägg, medan propelleromröraren kan generera starkt axiellt flöde, så att materialet bildar ett cirkulationsflöde i tanken och förbättrar blandningslikformigheten.
För storskalig produktion kan en statisk blandare ställas in på transportledningen för att ytterligare förbättra blandningen av material. Den statiska blandaren består av en serie fasta blandningselement. Materialet delas och kombineras kontinuerligt när det passerar igenom för att uppnå enhetlig blandning, säkerställa konsistensen av materialegenskaperna som kommer in i torkutrustningen och minska lokal överhettning orsakad av ojämna material.
(III) Noggrann kontroll av produktionsprocessparametrar
Exakt kontroll av torktemperaturen
Använd avancerade temperaturkontrollsystem, såsom fuzzy PID-kontrollsystem baserade på PLC, för att uppnå realtidsövervakning och exakt justering av torktemperaturen. Ställ in flera temperatursensorer i olika områden i torktornet, såsom vid luftinloppet, mitten av tornkroppen, luftutloppet, etc., för att samla in temperaturdata i realtid och överföra data till PLC-styrenheten. Regulatorn justerar automatiskt värmeelementets effekt eller flödeshastigheten för varmluft enligt det förinställda temperaturintervallet och suddig PID-kontrollalgoritm för att hålla torktemperaturen inom intervallet ±2℃ av det inställda värdet för att undvika alltför stora temperaturfluktuationer och lokal överhettning.
Upprätta en temperaturvarningsmekanism. När temperaturen i ett visst område överstiger den inställda övre gränsen kommer systemet omedelbart att larma och automatiskt justera relevanta parametrar, såsom att öka matningshastigheten eller minska värmeeffekten, för att minska temperaturen i området och förhindra lokal överhettning från ytterligare förvärring.
Samordnad styrning av matningshastighet och torktid
Beroende på torkutrustningens bearbetningskapacitet och materialets egenskaper bestäms den optimala kombinationen av matningshastighet och torktid genom experiment. Matarpumpens hastighet styrs av varvtalsregleringsteknik med variabel frekvens för att uppnå kontinuerligt justerbar matningshastighet. Under produktionsprocessen övervakas materialets torrhetsgrad i realtid genom online-detektionsutrustning, såsom detektering av produktens partikelstorleksfördelning genom en laserpartikelstorleksanalysator och detektering av fukthalten i produkten genom en fuktmätare. Enligt testresultaten justeras matningshastigheten och torktiden i tid för att säkerställa att materialet har tillräckligt med tid för att slutföra torkningsprocessen i torkrummet, samtidigt som man undviker överhettning på grund av lång uppehållstid.
För olika modeller av pulveriserade natriumsilikatprodukter, såsom HLNAP-4-modellen med en modul på 3,4±0,1, på grund av de möjliga skillnaderna i deras råmaterialsammansättning och torkegenskaper, måste personliga planer för matningshastighet och torktid utarbetas. Till exempel, när man producerar HLNAP-4 kan matningshastigheten styras till 50-80L/h och torktiden kan styras till 15-25min. Kontrollnoggrannheten kan förbättras ytterligare genom ackumulering och optimering av faktiska produktionsdata.
(IV) Införande av avancerad övervaknings- och analysteknik
Tillämpning av onlineövervakningsteknik
Installera en online infraröd termometer för att övervaka yttemperaturfördelningen av materialet under torkningsprocessen i realtid. Den infraröda termometern har fördelarna med beröringsfri mätning, snabb svarshastighet och hög mätnoggrannhet. Det kan i tid upptäcka den onormala ökningen av materialets lokala temperatur. Genom att ansluta den infraröda termometerns övervakningsdata till torkutrustningens styrsystem kan tidig varning i realtid och automatisk justering av lokal överhettning uppnås.
Använd en online laserspridningspartikelstorleksanalysator för att kontinuerligt övervaka materialets partikelstorleksförändringar under torkningsprocessen. Partikelstorleksförändringen kan återspegla graden av torkning och uppvärmning av materialet. Om partikelstorleken på materialet i ett lokalt område plötsligt ökar kan det tyda på att området är överhettat, vilket resulterar i partikelagglomerering. Modulfluktuationer kan undvikas genom att justera torkningsparametrarna i tid.
Tillämpning av processanalytisk teknologi (PAT)
Använd nära-infraröd spektroskopianalysteknik för att övervaka förändringarna i kemisk sammansättning av material i realtid, såsom innehållsförhållandet av kiseldioxid och natriumoxid, och indirekt bedöma trenden med modulförändringar. Nära-infraröd spektroskopianalys har egenskaperna snabbhet, icke-förstörande och realtid. Den kan kontinuerligt samla in spektraldata under produktionsprocessen och konvertera spektraldata till information om kemisk sammansättning genom kemometriska modeller för att ge realtidsfeedback för produktionsprocesskontroll.
En matematisk modell av produktionsprocessen upprättas och torkningsprocessen simuleras dynamiskt och förutsägs i kombination med övervakningsdata i realtid. Genom den matematiska modellen kan olika processparametrars inverkan på materialets temperaturfördelning och modul analyseras och eventuella lokala överhettningsproblem kan varnas i förväg och processparametrarna kan optimeras för att uppnå optimal kontroll av produktionsprocessen.
4. Praxis och prestationer för Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd
Som ett företag specialiserat på produktion av oorganiska kiselprodukter, lägger Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd stor vikt vid kontrollen av modulstabilitet vid tillverkning av pulveriserat natriumsilikat. Genom att optimera och uppgradera torkutrustningen, såsom att använda en kompositförstoftare och optimera torktornets inre struktur, har enhetligheten i droppstorleken förbättrats avsevärt, och det lokala överhettningsfenomenet i torkningsprocessen har reducerats med mer än 30 %. Samtidigt förstärks omrörningen och blandningen av materialförbehandlingslänken för att säkerställa enhetligheten i koncentrationen och viskositeten hos det flytande vattenglaset, vilket lägger grunden för en stabil drift av den efterföljande torkningsprocessen.
När det gäller processkontroll introducerade företaget ett PLC-baserat fuzzy PID temperaturkontrollsystem och en online infraröd termometer för att uppnå exakt kontroll av torktemperaturen och realtidsövervakning av lokal överhettning. Genom att optimera matchningen av matningshastighet och torktid, kombinerat med realtidsövervakning av modul med nära-infraröd spektroskopianalysteknik, kontrolleras fluktuationsområdet för modulus (M-värde) inom ±0,05, vilket är mycket bättre än industristandardens ±0,1-krav, och produktkvalitetsstabiliteten förbättras avsevärt.
Dessutom har företaget också etablerat ett komplett ledningssystem för produktionsprocesser, stärkt personalutbildning och förbättrat operatörernas medvetenhet och hanteringsförmåga av lokala överhettningsproblem. Regelbundet underhåll av produktionsutrustning säkerställer normal drift av utrustningen, vilket ytterligare minskar lokal överhettning och modulfluktuationer orsakade av utrustningsfel.
