1. Oversigt over produktionsprocessen af pulveriseret natriumsilikat og virkningen af moduludsving
Natriumsilicat i pulverform, som et vigtigt uorganisk silicium kemisk produkt, fremstilles af flydende vandglas gennem tørring, sprøjtning og andre processer. Tager Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd som et eksempel, har dens instant pulveriserede natriumsilikat HLNAP-4-model karakteristika af modul 3,4±0,1 og siliciumdioxidindhold 61,0-65,0%, som er meget udbredt i rengøringsmidler, cement hurtigtørrende additiver og andre områder. I produktionsprocessen er modul (M-værdi) en nøgleindikator til at måle produktets ydeevne. Det er forholdet mellem mængden af siliciumdioxid og natriumoxid, som direkte påvirker produktets opløselighed og cementeringsegenskaber. Lokal overophedning er en af de vigtige faktorer, der forårsager moduludsving. Hvis den lokale temperatur er for høj under produktionsprocessen, vil det fremskynde polykondensationsreaktionen af natriumsilikatopløsningen, ændre graden af polymerisation af siliciumdioxid og derefter få modulet til at afvige fra målværdien på 3,4±0,1, hvilket påvirker stabiliteten og konsistensen af produktkvaliteten. At studere, hvordan man undgår moduludsving forårsaget af lokal overophedning, er derfor af stor betydning for at forbedre produktionskvaliteten af pulveriseret natriumsilikat.
2. Analyse af årsagerne til lokal overophedning i fremstillingen af pulveriseret natriumsilikat
(I) Påvirkningen af tørreprocesudstyr
I tørringsprocessen af pulveriseret natriumsilikat, almindeligt anvendt udstyr såsom spraytørringstårne og fluid bed-tørrere, hvis udstyrsdesignet er urimeligt, eller driftsparametrene er forkert indstillet, er det let at forårsage ujævn fordeling af materialer i tørrerummet, ophobning af materialer i lokale områder eller overdreven opholdstid, hvilket forårsager lokal overophedning. For eksempel, hvis spraytørretårnets forstøver har dårlig forstøvningseffekt og ujævn dråbestørrelsesfordeling, falder større dråber hurtigt i tørretårnet og kan nå bunden af tårnet, før de er helt tørrede, mens mindre dråber kan forblive i højtemperaturområdet for længe, hvilket resulterer i lokal overophedning. Derudover vil den ujævne strømningshastighed og temperaturfordeling af tørremediet (såsom varm luft) også forårsage ujævn opvarmning af forskellige dele af materialet, hvilket resulterer i lokal overophedning.
(II) Indflydelse af materialeegenskaber og forarbejdningsproces
Som råmateriale til fremstilling af pulveriseret natriumsilicat vil koncentrationen, viskositeten og andre egenskaber af flydende vandglas påvirke varme- og masseoverførslen under tørringsprocessen. Når koncentrationen af flydende vandglas er for høj, og viskositeten er stor, øges forstøvningen af dråber under spraytørringsprocessen, og det er let at danne større dråber eller flydende film, hvilket gør det vanskeligt at fordampe det indre vand, og varme akkumuleres indeni, hvilket forårsager lokal overophedning. Samtidig kan det under forbehandlingen af råmaterialer, hvis omrøringen er ujævn, føre til lokale koncentrationsforskelle i materialet, og områder med høj koncentration er mere tilbøjelige til at overophedes på grund af dårlig varmeoverførsel under tørring.
(III) Indflydelse af produktionsproceskontrolparametre
Hvis styringsparametrene i produktionsprocessen, såsom tørretemperatur, fremføringshastighed, tørretid osv., er indstillet urimeligt eller styringen er ustabil, vil det også forårsage lokal overophedning. For eksempel, når tørretemperaturen er for høj, og fremføringshastigheden er for langsom, forbliver materialet i højtemperaturmiljøet for længe og er tilbøjeligt til overophedning; mens fremføringshastigheden er for høj, er materialet muligvis ikke helt tørret i tide, hvilket ikke kun påvirker produktets fugtindhold, men også kan forårsage lokal overophedning på grund af den fortsatte opvarmning af nogle materialer under den efterfølgende forarbejdning. Derudover, hvis der er problemer med installationspositionen og nøjagtigheden af temperaturføleren, kan den muligvis ikke nøjagtigt overvåge temperaturændringerne i lokalområdet, hvilket resulterer i, at styresystemet ikke kan justeres i tide, og derved forårsager lokal overophedning.
3. Vigtige tekniske foranstaltninger for at undgå moduludsving forårsaget af lokal overophedning
(I) Optimer strukturen og driftsparametrene for tørreudstyret
Optimering af spraytørringstårnet
Brug en ny type forstøver, såsom en sammensat forstøver, der kombinerer en centrifugal forstøver med en luftstrømsforstøver, for at forbedre ensartetheden af dråbestørrelsen. Centrifugalforstøveren kan styre dråbestørrelsen ved at justere hastigheden, mens luftstrømsforstøveren kan udføre sekundær forstøvning på større dråber, hvilket gør dråbestørrelsesfordelingen mere koncentreret og reducerer lokal overophedning forårsaget af ujævn dråbestørrelse. For eksempel, i Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd's produktionspraksis, ved at introducere en sammensat forstøver, blev andelen af dråbestørrelsesfordeling i området 50-150μm øget til mere end 85%, hvilket væsentligt forbedrede ensartetheden af tørreprocessen.
Optimer tørretårnets indvendige struktur, som f.eks. at sætte en styreplade eller fordeler i tårnet for at lede den varme luft til at blive jævnt fordelt og undgå hvirvelstrømme eller lokale højhastighedsområder. Styrepladen kan få den varme luft til at strømme nedad i en spiralform, øge kontakttiden og ensartetheden mellem den varme luft og materialet og reducere materialets vedhæftning til tårnvæggen, hvilket reducerer risikoen for lokal overophedning.
Indstil med rimelighed placeringen af luftindtaget og -udgangen fra tørretårnet for at sikre jævn strøm af varm luft og undgå døde hjørner. Luftindtaget kan fordeles på en ringformet måde, så den varme luft kommer jævnt ind fra alle sider af tårnet, og luftudtaget sættes i midten af bunden af tårnet for at sikre, at udstødningsgassen udledes i tide og opretholde stabiliteten af luftstrømmen i tårnet.
Optimering af fluid bed tørretumbler
Design en passende fluid bed-struktur, såsom en flerlags fluid bed eller en internt opvarmet fluid bed. Flerlags fluid bed kan gøre materialet tørt i forskellige lag på skift. Hvert lag er indstillet med forskellige temperatur- og luftstrømsparametre for at opnå gradienttørring og undgå overophedning af materialet på grund af lang opholdstid i et enkelt lag. Den internt opvarmede fluid bed sætter varmeelementer såsom varmerør eller dampspiraler i lejelaget for at overføre varme direkte til materialet, forbedre varmeoverførselseffektiviteten, reducere mængden af varm luft, reducere energiforbruget og muligheden for lokal overophedning.
Optimer luftstrømsfordelingspladen i det fluidiserede leje for at sikre, at luftstrømmen passerer jævnt gennem lejelaget. Åbningshastigheden, åbningsstørrelsen og fordelingstilstanden for luftstrømsfordelingspladen påvirker direkte ensartetheden af luftstrømmen. En porøs plade eller en kegleformet fordelingsplade kan bruges til at få luftstrømmen jævnt fordelt i bunden af lejelaget for at undgå kanaldannelse eller dødbedsfænomener af materialet og derved reducere lokal overophedning.
(II) Styrk materialeegenskabskontrol og forbehandling
Optimering af råvarekoncentration og viskositet
Kontroller strengt koncentrationen af flydende vandglas og juster koncentrationen til et passende område i henhold til kravene til tørringsprocessen. Generelt er den passende koncentration af flydende vandglas til spraytørring 30 - 40°Bé. Inden for dette koncentrationsområde er forstøvningseffekten af dråber bedre, vandfordampningshastigheden er moderat, og forekomsten af lokal overophedning kan reduceres. Hvis koncentrationen er for høj, kan den justeres ved at fortynde med vand; hvis koncentrationen er for lav, skal den koncentreres.
Viskositeten af flydende vandglas kan reduceres ved at tilsætte en passende mængde dispergeringsmiddel eller overfladeaktivt middel. Dispergeringsmidler såsom natriumhexametaphosphat kan adsorberes på overfladen af natriumsilicatpartikler for at forhindre partikelagglomerering, reducere systemets viskositet og forbedre forstøvningsydelsen. Overfladeaktive stoffer såsom natriumdodecylbenzensulfonat kan reducere væskens overfladespænding, hvilket gør det lettere for dråber at blive forstøvet til fine partikler, hvilket forbedrer tørreeffektiviteten og reducerer varmeakkumulering.
Styrkelse af materiale omrøring og blanding
Under opbevaring og transport af råmaterialer bruges højeffektivt omrøringsudstyr, såsom en kombineret omrøringsmetode, der kombinerer en ankeromrører og en propelomrører, for at sikre, at materialerne omrøres jævnt og undgå lokale koncentrationsforskelle. Ankeromrøreren kan fjerne materialeaflejringerne på tankens bund og væg, mens propelomrøreren kan generere kraftig aksialstrømning, så materialet danner en cirkulationsstrøm i tanken og forbedrer blandingsensartetheden.
Til storskalaproduktion kan en statisk blander indstilles på transportrørledningen for yderligere at forbedre blandingen af materialer. Den statiske blander består af en række faste blandeelementer. Materialet opdeles og rekombineres kontinuerligt, når det passerer igennem for at opnå ensartet blanding, sikre konsistensen af de materialeegenskaber, der kommer ind i tørreudstyret, og reducere lokal overophedning forårsaget af ujævne materialer.
(III) Nøjagtig kontrol af produktionsprocesparametre
Præcis kontrol af tørretemperaturen
Vedtag avancerede temperaturkontrolsystemer, såsom fuzzy PID-kontrolsystemer baseret på PLC, for at opnå overvågning i realtid og præcis justering af tørretemperaturen. Opsæt flere temperatursensorer i forskellige områder af tørretårnet, såsom ved luftindtaget, midten af tårnkroppen, luftudløbet osv., for at indsamle temperaturdata i realtid og overføre dataene til PLC-controlleren. Regulatoren justerer automatisk varmeelementets effekt eller strømningshastigheden af varm luft i henhold til det forudindstillede temperaturområde og fuzzy PID-kontrolalgoritme for at holde tørretemperaturen inden for området ±2 ℃ af den indstillede værdi for at undgå for store temperatursvingninger og lokal overophedning.
Etabler en temperaturadvarselsmekanisme. Når temperaturen i et bestemt område overstiger den indstillede øvre grænse, vil systemet straks afgive en alarm og automatisk justere relevante parametre, såsom at øge fremføringshastigheden eller reducere varmeeffekten, for at reducere temperaturen i området og forhindre lokal overophedning fra yderligere forværring.
Koordineret styring af foderhastighed og tørretid
I henhold til tørreudstyrets forarbejdningskapacitet og materialets egenskaber bestemmes den optimale kombination af tilførselshastighed og tørretid gennem eksperimenter. Fødningspumpens hastighed styres af teknologi med variabel frekvenshastighedsregulering for at opnå kontinuerlig justerbar tilførselshastighed. Under produktionsprocessen overvåges materialets tørhedsgrad i realtid gennem online-detektionsudstyr, såsom detektering af partikelstørrelsesfordelingen af produktet gennem en laserpartikelstørrelsesanalysator og detektering af fugtindholdet i produktet gennem en fugtmåler. Ifølge testresultaterne justeres fremføringshastigheden og tørretiden i tide for at sikre, at materialet har tid nok til at afslutte tørreprocessen i tørrerummet, samtidig med at man undgår overophedning på grund af lang opholdstid.
For forskellige modeller af pulveriserede natriumsilikatprodukter, såsom HLNAP-4-modellen med et modul på 3,4±0,1, på grund af de mulige forskelle i deres råmaterialesammensætning og tørreegenskaber, skal der udarbejdes personlige fodringshastigheder og tørretidskontrolplaner. For eksempel, når man producerer HLNAP-4, kan tilførselshastigheden styres til 50-80L/h, og tørretiden kan styres til 15-25min. Kontrolnøjagtigheden kan forbedres yderligere gennem akkumulering og optimering af faktiske produktionsdata.
(IV) Introduktion af avanceret overvågnings- og analyseteknologi
Anvendelse af online overvågningsteknologi
Installer et online infrarødt termometer for at overvåge overfladetemperaturfordelingen af materialet under tørreprocessen i realtid. Det infrarøde termometer har fordelene ved berøringsfri måling, hurtig responshastighed og høj målenøjagtighed. Det kan rettidigt opdage den unormale stigning i den lokale temperatur af materialet. Ved at forbinde det infrarøde termometers overvågningsdata med tørreudstyrets kontrolsystem kan der opnås tidlig advarsel i realtid og automatisk justering af lokal overophedning.
Brug en online laserspredningspartikelstørrelsesanalysator til løbende at overvåge materialets partikelstørrelsesændringer under tørringsprocessen. Partikelstørrelsesændringen kan afspejle graden af tørring og opvarmning af materialet. Hvis partikelstørrelsen af materialet i et lokalområde pludselig stiger, kan det tyde på, at området er overophedet, hvilket resulterer i partikelagglomerering. Moduludsving kan undgås ved rettidig justering af tørreparametrene.
Anvendelse af procesanalytisk teknologi (PAT)
Brug nær-infrarød spektroskopianalyseteknologi til at overvåge ændringerne i kemiske sammensætning af materialer i realtid, såsom indholdsforholdet af siliciumdioxid og natriumoxid, og indirekte bedømme tendensen til modulusændringer. Nær-infrarød spektroskopianalyse har karakteristika af hurtighed, ikke-destruktivitet og realtid. Den kan kontinuerligt indsamle spektrale data under produktionsprocessen og konvertere spektrale data til information om kemisk sammensætning gennem kemometriske modeller for at give feedback i realtid til produktionsproceskontrol.
Der etableres en matematisk model af produktionsprocessen, og tørreprocessen simuleres dynamisk og forudsiges i kombination med overvågningsdata i realtid. Gennem den matematiske model kan forskellige procesparametres indflydelse på materialets temperaturfordeling og modul analyseres, og mulige lokale overophedningsproblemer kan advares på forhånd, og procesparametrene kan optimeres for at opnå optimal styring af produktionsprocessen.
4. Praksis og resultater af Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd
Som en virksomhed, der er specialiseret i produktion af uorganiske siliciumprodukter, lægger Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd stor vægt på styringen af modulstabilitet i produktionen af pulveriseret natriumsilicat. Ved at optimere og opgradere tørreudstyret, såsom brug af en kompositforstøver og optimering af den indvendige struktur af tørretårnet, er ensartetheden af dråbestørrelsen blevet væsentligt forbedret, og det lokale overophedningsfænomen i tørreprocessen er blevet reduceret med mere end 30 %. Samtidig styrkes omrøringen og blandingen af materialeforbehandlingsforbindelsen for at sikre ensartetheden af koncentrationen og viskositeten af det flydende vandglas, hvilket lægger grundlaget for den stabile drift af den efterfølgende tørringsproces.
Med hensyn til processtyring introducerede virksomheden et PLC-baseret fuzzy PID temperaturkontrolsystem og et online infrarødt termometer for at opnå præcis kontrol af tørretemperaturen og realtidsovervågning af lokal overophedning. Ved at optimere matchningen af tilførselshastighed og tørretid kombineret med realtidsovervågning af modulus ved hjælp af nær-infrarød spektroskopi-analyseteknologi, kontrolleres udsvingsområdet for modulus (M-værdi) inden for ±0,05, hvilket er langt bedre end industristandarden ±0,1 krav, og produktkvalitetsstabiliteten er væsentligt forbedret.
Derudover har virksomheden også etableret et komplet produktionsprocesstyringssystem, styrket medarbejderuddannelse og forbedret operatørernes bevidsthed og håndteringsevner af lokale overophedningsproblemer. Regelmæssig vedligeholdelse af produktionsudstyr sikrer normal drift af udstyret, hvilket yderligere reducerer lokal overophedning og moduludsving forårsaget af udstyrsfejl.
