1. Oversikt over produksjonsprosessen av pulverisert natriumsilikat og virkningen av modulfluktuasjoner
Natriumsilikat i pulverform, som et viktig uorganisk silisiumkjemisk produkt, er laget av flytende vannglass gjennom tørking, sprøyting og andre prosesser. Med Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd som et eksempel, har dens instant pulverisert natriumsilikat HLNAP-4-modell egenskapene til modul 3,4±0,1 og silisiumdioksidinnhold 61,0-65,0%, som er mye brukt i vaskemidler, hurtigtørkende sementtilsetningsstoffer og andre felt. I produksjonsprosessen er modul (M-verdi) en nøkkelindikator for å måle produktytelse. Det er forholdet mellom mengden silisiumdioksid og natriumoksid, som direkte påvirker løseligheten og sementeringsegenskapene til produktet. Lokal overoppheting er en av de viktige faktorene som forårsaker modulfluktuasjoner. Hvis den lokale temperaturen er for høy under produksjonsprosessen, vil det akselerere polykondensasjonsreaksjonen til natriumsilikatløsningen, endre polymeriseringsgraden av silisiumdioksid, og deretter føre til at modulen avviker fra målverdien på 3,4±0,1, noe som påvirker stabiliteten og konsistensen av produktkvaliteten. Derfor er det av stor betydning å studere hvordan man unngår modulfluktuasjoner forårsaket av lokal overoppheting for å forbedre produksjonskvaliteten til pulverisert natriumsilikat.
2. Analyse av årsakene til lokal overoppheting ved produksjon av pulverisert natriumsilikat
(I) Påvirkningen av tørkeprosessutstyr
I tørkeprosessen av pulverisert natriumsilikat, ofte brukt utstyr som spraytørketårn og fluidiserte tørketromler, hvis utstyrsdesignet er urimelig eller driftsparametrene er feil innstilt, er det lett å forårsake ujevn fordeling av materialer i tørkerommet, akkumulering av materialer i lokale områder eller overdreven oppholdstid, og dermed forårsake lokal overoppheting. For eksempel, hvis forstøveren til spraytørketårnet har dårlig forstøvningseffekt og ujevn dråpestørrelsesfordeling, faller større dråper raskt i tørketårnet og kan nå bunnen av tårnet før de er helt tørket, mens mindre dråper kan forbli i høytemperaturområdet for lenge, noe som resulterer i lokal overoppheting. I tillegg vil den ujevne strømningshastigheten og temperaturfordelingen til tørkemediet (som varmluft) også forårsake ujevn oppvarming av ulike deler av materialet, noe som resulterer i lokal overoppheting.
(II) Påvirkning av materialegenskaper og prosesseringsprosess
Som råstoff for produksjon av pulverisert natriumsilikat, vil konsentrasjonen, viskositeten og andre egenskaper til flytende vannglass påvirke varme- og masseoverføringen under tørkeprosessen. Når konsentrasjonen av flytende vannglass er for høy og viskositeten er stor, øker forstøvningen av dråper under spraytørkeprosessen, og det er lett å danne større dråper eller flytende filmer, noe som gjør det vanskelig å fordampe det indre vannet, og varmen akkumuleres inne, noe som forårsaker lokal overoppheting. Samtidig, under forbehandling av råvarer, hvis omrøringen er ujevn, kan det føre til lokale konsentrasjonsforskjeller i materialet, og områder med høy konsentrasjon er mer sannsynlig å overopphetes på grunn av dårlig varmeoverføring under tørking.
(III) Påvirkning av produksjonsprosesskontrollparametere
Dersom kontrollparameterne i produksjonsprosessen, som tørketemperatur, matehastighet, tørketid etc., er satt urimelig eller kontrollen er ustabil, vil det også forårsake lokal overoppheting. For eksempel, når tørketemperaturen er for høy og matehastigheten er for lav, forblir materialet i høytemperaturmiljøet for lenge og er utsatt for overoppheting; mens matehastigheten er for høy, kan det hende at materialet ikke tørkes helt i tide, noe som ikke bare påvirker fuktighetsinnholdet i produktet, men også kan forårsake lokal overoppheting på grunn av fortsatt oppvarming av noen materialer under den påfølgende behandlingen. I tillegg, hvis det er problemer med installasjonsposisjonen og nøyaktigheten til temperatursensoren, kan den ikke være i stand til nøyaktig å overvåke temperaturendringene i lokalområdet, noe som resulterer i at kontrollsystemet ikke kan justeres i tide, og dermed forårsake lokal overoppheting.
3. Viktige tekniske tiltak for å unngå modulfluktuasjoner forårsaket av lokal overoppheting
(I) Optimaliser strukturen og driftsparametrene til tørkeutstyret
Optimalisering av spraytørketårnet
Bruk en ny type forstøver, for eksempel en sammensatt forstøver som kombinerer en sentrifugalforstøver med en luftstrømsforstøver, for å forbedre ensartetheten til dråpestørrelsen. Sentrifugalforstøveren kan kontrollere dråpestørrelsen ved å justere hastigheten, mens luftstrømsforstøveren kan utføre sekundær forstøvning på større dråper, noe som gjør dråpestørrelsesfordelingen mer konsentrert og reduserer lokal overoppheting forårsaket av ujevn dråpestørrelse. For eksempel, i produksjonspraksisen til Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, ved å introdusere en komposittforstøver, ble andelen dråpestørrelsesfordeling i området 50-150μm økt til mer enn 85%, noe som betydelig forbedret jevnheten i tørkeprosessen.
Optimaliser tørketårnets indre struktur, for eksempel å sette en styreplate eller fordeler i tårnet for å lede den varme luften jevnt fordelt og unngå virvelstrømmer eller lokale høyhastighetsområder. Styreplaten kan få den varme luften til å strømme nedover i en spiralform, øke kontakttiden og jevnheten mellom den varme luften og materialet, og redusere materialets adhesjon til tårnveggen, noe som reduserer risikoen for lokal overoppheting.
Still inn posisjonen til luftinntaket og -utløpet til tørketårnet rimelig for å sikre jevn strøm av varm luft og unngå døde hjørner. Luftinntaket kan fordeles på en ringformet måte slik at den varme luften kommer jevnt inn fra alle sider av tårnet, og luftutløpet settes i midten av bunnen av tårnet for å sikre at avgassen slippes ut i tide og opprettholde stabiliteten til luftstrømmen i tårnet.
Optimalisering av tørketrommel med fluidisert lag
Utform en passende fluidisert sjiktstruktur, slik som et flerlags fluidisert sjikt eller et internt oppvarmet fluidisert sjikt. Flerlags fluidisert sjikt kan gjøre materialet tørt i forskjellige lag etter tur. Hvert lag er innstilt med forskjellige temperatur- og luftstrømparametere for å oppnå gradienttørking og unngå overoppheting av materialet på grunn av lang oppholdstid i et enkelt lag. Det internt oppvarmede fluidiserte sjiktet setter varmeelementer som varmerør eller dampspiraler i sjiktlaget for å overføre varme direkte til materialet, forbedre varmeoverføringseffektiviteten, redusere mengden varmluft, redusere energiforbruket og muligheten for lokal overoppheting.
Optimaliser luftstrømfordelingsplaten til det fluidiserte sjiktet for å sikre at luftstrømmen passerer jevnt gjennom sjiktet. Åpningshastigheten, åpningsstørrelsen og fordelingsmodusen til luftstrømfordelingsplaten påvirker direkte jevnheten til luftstrømmen. En porøs plate eller en kjegleformet fordelingsplate kan brukes for å få luftstrømmen jevnt fordelt i bunnen av sjiktlaget for å unngå kanaldannelse eller dødsjiktsfenomen av materialet, og derved redusere lokal overoppheting.
(II) Styrke materialegenskapskontroll og forbehandling
Optimalisering av råvarekonsentrasjon og viskositet
Kontroller konsentrasjonen av flytende vannglass strengt og juster konsentrasjonen til et passende område i henhold til kravene til tørkeprosessen. Generelt sett er den passende konsentrasjonen av flytende vannglass for spraytørking 30 - 40°Bé. Innenfor dette konsentrasjonsområdet er forstøvningseffekten av dråper bedre, vannfordampningshastigheten er moderat, og forekomsten av lokal overoppheting kan reduseres. Hvis konsentrasjonen er for høy, kan den justeres ved å fortynne med vann; hvis konsentrasjonen er for lav, må den konsentreres.
Viskositeten til flytende vannglass kan reduseres ved å tilsette en passende mengde dispergeringsmiddel eller overflateaktivt middel. Dispergeringsmidler som natriumheksametafosfat kan adsorberes på overflaten av natriumsilikatpartikler for å forhindre agglomerering av partikler, redusere viskositeten til systemet og forbedre forstøvningsytelsen. Overflateaktive stoffer som natriumdodecylbenzensulfonat kan redusere overflatespenningen til væsken, noe som gjør det lettere for dråper å forstøves til fine partikler, forbedre tørkeeffektiviteten og redusere varmeakkumulering.
Styrking av materialrøring og blanding
Under lagring og transport av råvarer brukes høyeffektivt røreutstyr, som en kombinert røremetode som kombinerer en ankerrører og en propellrører, for å sikre at materialene røres jevnt og unngå lokale konsentrasjonsforskjeller. Ankerrøreverket kan fjerne materialavleiringer på bunnen og veggen av tanken, mens propellrøreverket kan generere sterk aksialstrøm, slik at materialet danner en sirkulasjonsstrøm i tanken og forbedrer blandeensartetheten.
For storskala produksjon kan en statisk blander settes på transportrørledningen for å forbedre blandingen av materialer ytterligere. Den statiske blanderen består av en serie faste blandeelementer. Materialet blir kontinuerlig delt og rekombinert når det passerer gjennom for å oppnå jevn blanding, sikre konsistensen av materialegenskapene som kommer inn i tørkeutstyret, og redusere lokal overoppheting forårsaket av ujevne materialer.
(III) Nøyaktig kontroll av produksjonsprosessparametere
Nøyaktig kontroll av tørketemperaturen
Ta i bruk avanserte temperaturkontrollsystemer, for eksempel fuzzy PID-kontrollsystemer basert på PLS, for å oppnå sanntidsovervåking og presis justering av tørketemperatur. Sett opp flere temperatursensorer i forskjellige områder av tørketårnet, for eksempel ved luftinntaket, midten av tårnkroppen, luftutløpet, etc., for å samle inn temperaturdata i sanntid og overføre dataene til PLS-kontrolleren. Kontrolleren justerer automatisk kraften til varmeelementet eller strømningshastigheten til varmluft i henhold til det forhåndsinnstilte temperaturområdet og uklar PID-kontrollalgoritme for å holde tørketemperaturen innenfor området ±2 ℃ av den innstilte verdien for å unngå for store temperatursvingninger og lokal overoppheting.
Etabler en temperaturvarslingsmekanisme. Når temperaturen i et bestemt område overstiger den innstilte øvre grensen, vil systemet umiddelbart gi en alarm og automatisk justere relevante parametere, som å øke matehastigheten eller redusere varmeeffekten, for å redusere temperaturen i området og forhindre lokal overoppheting fra ytterligere forverring.
Koordinert kontroll av fôringshastighet og tørketid
I henhold til bearbeidingskapasiteten til tørkeutstyret og egenskapene til materialet, bestemmes den optimale kombinasjonen av matehastighet og tørketid gjennom eksperimenter. Hastigheten til matepumpen styres av variabel frekvenshastighetsreguleringsteknologi for å oppnå kontinuerlig justerbar matehastighet. Under produksjonsprosessen overvåkes graden av tørrhet av materialet i sanntid gjennom online deteksjonsutstyr, som for eksempel å detektere partikkelstørrelsesfordelingen til produktet gjennom en laserpartikkelstørrelsesanalysator og detektere fuktighetsinnholdet i produktet gjennom en fuktighetsmåler. I henhold til testresultatene justeres matehastigheten og tørketiden i tide for å sikre at materialet har nok tid til å fullføre tørkeprosessen i tørkerommet, samtidig som man unngår overoppheting på grunn av lang oppholdstid.
For forskjellige modeller av pulveriserte natriumsilikatprodukter, for eksempel HLNAP-4-modellen med en modul på 3,4±0,1, på grunn av mulige forskjeller i deres råmaterialesammensetning og tørkeegenskaper, må det utarbeides personlige fôringshastigheter og tørketidskontrollplaner. For eksempel, når du produserer HLNAP-4, kan matehastigheten kontrolleres til 50-80L/t og tørketiden kan kontrolleres til 15-25min. Kontrollnøyaktigheten kan forbedres ytterligere gjennom akkumulering og optimalisering av faktiske produksjonsdata.
(IV) Introduserer avansert overvåkings- og analyseteknologi
Anvendelse av online overvåkingsteknologi
Installer et online infrarødt termometer for å overvåke overflatetemperaturfordelingen til materialet under tørkeprosessen i sanntid. Det infrarøde termometeret har fordelene med berøringsfri måling, rask responshastighet og høy målenøyaktighet. Den kan i tide oppdage den unormale økningen i den lokale temperaturen til materialet. Ved å koble overvåkingsdataene til det infrarøde termometeret med kontrollsystemet til tørkeutstyret, kan tidlig varsling i sanntid og automatisk justering av lokal overoppheting oppnås.
Bruk en online laserspredningspartikkelstørrelsesanalysator for å kontinuerlig overvåke partikkelstørrelsesendringene til materialet under tørkeprosessen. Partikkelstørrelsesendringen kan reflektere graden av tørking og oppvarming av materialet. Hvis partikkelstørrelsen på materialet i et lokalområde plutselig øker, kan det tyde på at området er overopphetet, noe som resulterer i partikkelagglomerering. Modulusfluktuasjoner kan unngås ved å justere tørkeparametrene i tide.
Anvendelse av prosessanalytisk teknologi (PAT)
Bruk nær-infrarød spektroskopianalyseteknologi for å overvåke endringene i kjemisk sammensetning av materialer i sanntid, for eksempel innholdsforholdet mellom silisiumdioksid og natriumoksid, og indirekte bedømme trenden med modulusendringer. Nær-infrarød spektroskopianalyse har egenskapene til hurtighet, ikke-destruktivitet og sanntid. Den kan kontinuerlig samle inn spektraldata under produksjonsprosessen, og konvertere spektraldata til informasjon om kjemisk sammensetning gjennom kjemometriske modeller for å gi sanntids tilbakemelding for produksjonsprosesskontroll.
En matematisk modell av produksjonsprosessen etableres, og tørkeprosessen simuleres dynamisk og forutses i kombinasjon med sanntids overvåkingsdata. Gjennom den matematiske modellen kan påvirkningen av ulike prosessparametere på materialets temperaturfordeling og modul analyseres, og mulige lokale overopphetingsproblemer kan varsles på forhånd, og prosessparametrene kan optimaliseres for å oppnå optimal kontroll av produksjonsprosessen.
4. Praksis og prestasjoner av Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd
Som en bedrift som spesialiserer seg på produksjon av uorganiske silisiumprodukter, legger Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd stor vekt på kontroll av modulstabilitet i produksjonen av pulverisert natriumsilikat. Ved å optimalisere og oppgradere tørkeutstyret, for eksempel bruk av en komposittforstøver og optimalisering av tørketårnets indre struktur, har ensartetheten i dråpestørrelsen blitt betydelig forbedret, og det lokale overopphetingsfenomenet i tørkeprosessen er redusert med mer enn 30 %. Samtidig styrkes omrøringen og blandingen av materialforbehandlingslenken for å sikre ensartethet i konsentrasjonen og viskositeten til det flytende vannglasset, og legger grunnlaget for stabil drift av den påfølgende tørkeprosessen.
Når det gjelder prosesskontroll, introduserte selskapet et PLS-basert fuzzy PID temperaturkontrollsystem og et online infrarødt termometer for å oppnå presis kontroll av tørketemperaturen og sanntidsovervåking av lokal overoppheting. Ved å optimalisere matchingen av matehastighet og tørketid, kombinert med sanntidsovervåking av modulus ved hjelp av nær-infrarød spektroskopianalyseteknologi, kontrolleres svingningsområdet for modulus (M-verdi) innenfor ±0,05, som er langt bedre enn industristandarden ±0,1-kravet, og produktkvalitetsstabiliteten er betydelig forbedret.
I tillegg har selskapet også etablert et komplett styringssystem for produksjonsprosesser, styrket opplæring av ansatte og forbedret operatørenes bevissthet og håndteringsevne for lokale overopphetingsproblemer. Regelmessig vedlikehold av produksjonsutstyr sikrer normal drift av utstyret, og reduserer ytterligere lokal overoppheting og modulsvingninger forårsaket av utstyrsfeil.
