1. Prehľad výrobného procesu práškového kremičitanu sodného a vplyvu kolísania modulu
Práškový kremičitan sodný, ako dôležitý anorganický kremíkový chemický produkt, sa vyrába z tekutého vodného skla sušením, striekaním a inými procesmi. Ak vezmeme ako príklad spoločnosť Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., jej model okamžitého práškového kremičitanu sodného HLNAP-4 má vlastnosti modulu 3,4±0,1 a obsah oxidu kremičitého 61,0-65,0%, ktorý je široko používaný v detergentoch, cementových rýchloschnúcich prísadách a iných oblastiach. Vo výrobnom procese je modul (hodnota M) kľúčovým ukazovateľom na meranie výkonnosti produktu. Je to pomer množstva oxidu kremičitého k oxidu sodnému, ktorý priamo ovplyvňuje rozpustnosť a cementačné vlastnosti produktu. Lokálne prehriatie je jedným z dôležitých faktorov, ktoré spôsobujú kolísanie modulu. Ak je lokálna teplota počas výrobného procesu príliš vysoká, urýchli sa polykondenzačná reakcia roztoku kremičitanu sodného, zmení sa stupeň polymerizácie oxidu kremičitého a potom sa modul odchýli od cieľovej hodnoty 3,4 ± 0,1, čo ovplyvní stabilitu a konzistenciu kvality produktu. Preto je štúdium toho, ako sa vyhnúť kolísaniu modulu spôsobenému lokálnym prehriatím, veľmi dôležité pre zlepšenie kvality výroby práškového kremičitanu sodného.
2. Analýza príčin lokálneho prehriatia pri výrobe práškového kremičitanu sodného
(I) Vplyv zariadenia na proces sušenia
V procese sušenia práškového kremičitanu sodného, bežne používaných zariadení, ako sú rozprašovacie sušiace veže a sušiarne s fluidným lôžkom, ak je konštrukcia zariadenia nerozumná alebo sú nesprávne nastavené prevádzkové parametre, je ľahké spôsobiť nerovnomerné rozloženie materiálov v sušiarni, hromadenie materiálov v miestnych oblastiach alebo nadmernú dobu zotrvania, čo spôsobí lokálne prehriatie. Napríklad, ak má rozprašovač rozprašovacej sušiacej veže slabý rozprašovací účinok a nerovnomernú distribúciu veľkosti kvapiek, väčšie kvapky rýchlo padajú do sušiacej veže a môžu sa dostať na dno veže pred úplným vysušením, zatiaľ čo menšie kvapky môžu zostať v oblasti s vysokou teplotou príliš dlho, čo vedie k lokálnemu prehriatiu. Okrem toho nerovnomerný prietok a rozloženie teploty sušiaceho média (napríklad horúceho vzduchu) spôsobí aj nerovnomerné zahrievanie rôznych častí materiálu, čo má za následok lokálne prehriatie.
(II) Vplyv materiálových charakteristík a procesu spracovania
Ako surovina na výrobu práškového kremičitanu sodného ovplyvní koncentrácia, viskozita a ďalšie charakteristiky tekutého vodného skla prenos tepla a hmoty počas procesu sušenia. Keď je koncentrácia tekutého vodného skla príliš vysoká a viskozita je veľká, atomizácia kvapôčok sa počas procesu sušenia rozprašovaním zvyšuje a je ľahké vytvárať väčšie kvapôčky alebo tekuté filmy, čo sťažuje odparovanie vnútornej vody a vo vnútri sa hromadí teplo, čo spôsobuje lokálne prehriatie. Zároveň pri predúprave surovín, ak je miešanie nerovnomerné, môže dôjsť k lokálnym rozdielom v koncentrácii v materiáli a oblasti s vysokou koncentráciou sa častejšie prehrievajú v dôsledku zlého prenosu tepla počas sušenia.
(III) Vplyv parametrov riadenia výrobného procesu
Ak sú regulačné parametre vo výrobnom procese, ako je teplota sušenia, rýchlosť posuvu, doba sušenia atď., nastavené neprimerane alebo je riadenie nestabilné, spôsobí to aj lokálne prehriatie. Napríklad, keď je teplota sušenia príliš vysoká a rýchlosť podávania príliš nízka, materiál zostáva v prostredí s vysokou teplotou príliš dlho a je náchylný na prehriatie; zatiaľ čo rýchlosť podávania je príliš vysoká, materiál nemusí byť včas úplne vysušený, čo ovplyvňuje nielen obsah vlhkosti produktu, ale môže tiež spôsobiť lokálne prehriatie v dôsledku pokračujúceho zahrievania niektorých materiálov počas následného spracovania. Okrem toho, ak sa vyskytnú problémy s polohou inštalácie a presnosťou snímača teploty, nemusí byť schopný presne monitorovať zmeny teploty v miestnej oblasti, čo má za následok, že riadiaci systém sa nedokáže včas prispôsobiť, čo spôsobí lokálne prehriatie.
3. Kľúčové technické opatrenia na zabránenie kolísaniu modulu spôsobenému lokálnym prehriatím
(I) Optimalizácia konštrukcie a prevádzkových parametrov sušiaceho zariadenia
Optimalizácia rozprašovacej sušiacej veže
Použite nový typ atomizéra, ako je kompozitný atomizér, ktorý kombinuje odstredivý atomizér s atomizérom s prúdením vzduchu, aby ste zlepšili rovnomernosť veľkosti kvapiek. Odstredivý atomizér môže regulovať veľkosť kvapiek úpravou rýchlosti, zatiaľ čo atomizér prúdenia vzduchu môže vykonávať sekundárnu atomizáciu na väčších kvapôčkach, vďaka čomu je distribúcia veľkosti kvapiek koncentrovanejšia a znižuje miestne prehrievanie spôsobené nerovnomernou veľkosťou kvapiek. Napríklad vo výrobnej praxi Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd sa zavedením kompozitného atomizéra zvýšil podiel distribúcie veľkosti kvapiek v rozsahu 50-150μm na viac ako 85%, čím sa výrazne zlepšila rovnomernosť procesu sušenia.
Optimalizujte vnútornú štruktúru sušiacej veže, ako je nastavenie vodiacej dosky alebo rozdeľovača vo veži na vedenie horúceho vzduchu, aby sa rovnomerne rozložil a zabránilo sa vírivým prúdom alebo miestnym oblastiam s vysokou rýchlosťou. Vodiaca doska môže spôsobiť, že horúci vzduch prúdi nadol v tvare špirály, zvýši čas kontaktu a rovnomernosť medzi horúcim vzduchom a materiálom a zníži priľnavosť materiálu k stene veže, čím sa zníži riziko lokálneho prehriatia.
Rozumne nastavte polohu vstupu a výstupu vzduchu zo sušiacej veže, aby ste zabezpečili hladké prúdenie horúceho vzduchu a vyhli sa mŕtvym rohom. Vstup vzduchu môže byť rozmiestnený prstencovým spôsobom, takže horúci vzduch vstupuje rovnomerne zo všetkých strán veže a výstup vzduchu je nastavený v strede spodnej časti veže, aby sa zabezpečilo včasné odvádzanie výfukových plynov a udržala sa stabilita prúdenia vzduchu vo veži.
Optimalizácia sušičky s fluidným lôžkom
Navrhnite vhodnú štruktúru fluidného lôžka, ako je viacvrstvové fluidné lôžko alebo vnútorne vyhrievané fluidné lôžko. Viacvrstvové fluidné lôžko môže spôsobiť, že materiál schne v rôznych vrstvách. Každá vrstva má nastavenú inú teplotu a parametre prúdenia vzduchu, aby sa dosiahlo gradientové sušenie a zabránilo sa prehriatiu materiálu v dôsledku dlhej doby zotrvania v jednej vrstve. Vnútorne vyhrievané fluidné lôžko nastavuje vykurovacie prvky, ako sú tepelné trubice alebo parné špirály vo vrstve lôžka, aby prenášali teplo priamo do materiálu, zlepšili účinnosť prenosu tepla, znížili množstvo horúceho vzduchu, znížili spotrebu energie a možnosť lokálneho prehriatia.
Optimalizujte dosku na distribúciu prúdu vzduchu vo fluidnom lôžku, aby ste zabezpečili, že prúd vzduchu prechádza vrstvou lôžka rovnomerne. Rýchlosť otvárania, veľkosť otvoru a distribučný režim dosky na rozdeľovanie prúdu vzduchu priamo ovplyvňujú rovnomernosť prúdu vzduchu. Pórovitá doska alebo kužeľovitá distribučná doska sa môže použiť na to, aby sa prúd vzduchu rovnomerne rozdelil v spodnej časti vrstvy lôžka, aby sa zabránilo vytváraniu kanálikov alebo javu mŕtveho lôžka materiálu, čím sa zníži miestne prehrievanie.
(II) Posilniť kontrolu materiálových vlastností a predbežnú úpravu
Optimalizácia koncentrácie surovín a viskozity
Prísne kontrolujte koncentráciu tekutého vodného skla a upravte koncentráciu na vhodný rozsah podľa požiadaviek procesu sušenia. Všeobecne povedané, vhodná koncentrácia tekutého vodného skla na sušenie rozprašovaním je 30 - 40°Bé. V rámci tohto koncentračného rozsahu je atomizačný účinok kvapiek lepší, rýchlosť odparovania vody je mierna a výskyt lokálneho prehriatia sa môže znížiť. Ak je koncentrácia príliš vysoká, môže sa upraviť zriedením vodou; ak je koncentrácia príliš nízka, treba ju koncentrovať.
Viskozitu tekutého vodného skla možno znížiť pridaním vhodného množstva dispergačného činidla alebo povrchovo aktívneho činidla. Dispergačné činidlá, ako je hexametafosforečnan sodný, môžu byť adsorbované na povrchu častíc kremičitanu sodného, aby sa zabránilo aglomerácii častíc, znížila sa viskozita systému a zlepšila sa účinnosť atomizácie. Povrchovo aktívne látky, ako je dodecylbenzénsulfonát sodný, môžu znížiť povrchové napätie kvapaliny, čo uľahčuje rozprašovanie kvapiek na jemné častice, zlepšuje účinnosť sušenia a znižuje akumuláciu tepla.
Posilnenie miešania a miešania materiálu
Počas skladovania a prepravy surovín sa používa vysokoúčinné miešacie zariadenie, ako je kombinovaná metóda miešania kombinujúca kotvové a vrtuľové miešadlo, aby sa zabezpečilo rovnomerné miešanie materiálov a zabránilo sa lokálnym rozdielom v koncentrácii. Kotviace miešadlo môže odstrániť usadeniny materiálu na dne a stene nádrže, zatiaľ čo vrtuľové miešadlo môže generovať silný axiálny tok, takže materiál vytvára cirkulačný tok v nádrži a zlepšuje rovnomernosť miešania.
Pre výrobu vo veľkom meradle môže byť na dopravnom potrubí umiestnený statický mixér, ktorý ešte viac zlepší miešanie materiálov. Statický mixér pozostáva zo série pevných miešacích prvkov. Materiál sa pri prechode kontinuálne delí a znovu kombinuje, aby sa dosiahlo rovnomerné premiešanie, zabezpečila sa konzistencia charakteristík materiálu vstupujúcich do sušiaceho zariadenia a znížilo sa lokálne prehrievanie spôsobené nerovnými materiálmi.
(III) Presná kontrola parametrov výrobného procesu
Presná kontrola teploty sušenia
Prijmite pokročilé systémy riadenia teploty, ako sú fuzzy PID riadiace systémy založené na PLC, aby ste dosiahli monitorovanie v reálnom čase a presné nastavenie teploty sušenia. Nastavte viacero teplotných senzorov v rôznych oblastiach sušiacej veže, napríklad na vstupe vzduchu, v strede telesa veže, na výstupe vzduchu atď., aby ste mohli zhromažďovať údaje o teplote v reálnom čase a odosielať údaje do riadiacej jednotky PLC. Regulátor automaticky upravuje výkon vykurovacieho telesa alebo prietok horúceho vzduchu podľa prednastaveného teplotného rozsahu a algoritmu fuzzy PID regulácie tak, aby sa teplota sušenia udržala v rozsahu ±2℃ nastavenej hodnoty, aby sa predišlo nadmerným teplotným výkyvom a lokálnemu prehriatiu.
Vytvorte varovný mechanizmus teploty. Keď teplota určitej oblasti prekročí nastavenú hornú hranicu, systém okamžite vydá alarm a automaticky upraví príslušné parametre, ako je zvýšenie rýchlosti podávania alebo zníženie vykurovacieho výkonu, aby sa znížila teplota oblasti a zabránilo sa ďalšiemu zhoršovaniu lokálneho prehrievania.
Koordinovaná kontrola rýchlosti podávania a času sušenia
Podľa spracovateľskej kapacity sušiaceho zariadenia a vlastností materiálu sa pomocou experimentov určí optimálna kombinácia rýchlosti podávania a času sušenia. Rýchlosť podávacieho čerpadla je riadená technológiou regulácie otáčok s premenlivou frekvenciou, aby sa dosiahla plynule nastaviteľná rýchlosť podávania. Počas výrobného procesu sa stupeň suchosti materiálu monitoruje v reálnom čase prostredníctvom online detekčného zariadenia, ako je zisťovanie distribúcie veľkosti častíc produktu pomocou laserového analyzátora veľkosti častíc a zisťovanie obsahu vlhkosti v produkte pomocou vlhkomera. Podľa výsledkov testu sa rýchlosť podávania a čas sušenia upravujú včas, aby sa zabezpečilo, že materiál má dostatok času na dokončenie procesu sušenia v sušiarni, pričom sa zabráni prehriatiu v dôsledku dlhého času zotrvania.
Pre rôzne modely práškových produktov kremičitanu sodného, ako je model HLNAP-4 s modulom 3,4±0,1, je potrebné vzhľadom na možné rozdiely v ich surovinovom zložení a charakteristikách sušenia sformulovať personalizované plány riadenia rýchlosti podávania a času sušenia. Napríklad pri výrobe HLNAP-4 môže byť rýchlosť podávania riadená na 50-80 l/h a čas sušenia môže byť riadený na 15-25 minút. Presnosť riadenia môže byť ďalej zlepšená prostredníctvom zhromažďovania a optimalizácie skutočných výrobných údajov.
(IV) Zavedenie pokročilej technológie monitorovania a analýzy
Aplikácia online monitorovacej technológie
Nainštalujte si online infračervený teplomer na sledovanie rozloženia povrchovej teploty materiálu počas procesu sušenia v reálnom čase. Infračervený teplomer má výhody bezkontaktného merania, rýchlej odozvy a vysokej presnosti merania. Dokáže včas odhaliť abnormálne zvýšenie lokálnej teploty materiálu. Prepojením monitorovacích údajov infračerveného teplomera s riadiacim systémom sušiaceho zariadenia je možné dosiahnuť včasné varovanie v reálnom čase a automatické nastavenie lokálneho prehriatia.
Pomocou online analyzátora veľkosti častíc s rozptylom lasera nepretržite monitorujte zmeny veľkosti častíc materiálu počas procesu sušenia. Zmena veľkosti častíc môže odrážať stupeň sušenia a zahrievania materiálu. Ak sa veľkosť častíc materiálu v miestnej oblasti náhle zväčší, môže to znamenať, že oblasť je prehriata, čo vedie k aglomerácii častíc. Včasným nastavením parametrov sušenia sa dá vyhnúť kolísaniu modulu.
Aplikácia procesnej analytickej technológie (PAT)
Použite technológiu analýzy blízkej infračervenej spektroskopie na monitorovanie zmien v chemickom zložení materiálov v reálnom čase, ako je napríklad pomer obsahu oxidu kremičitého a oxidu sodného, a nepriamo posúďte trend zmien modulu. Analýza v blízkej infračervenej spektroskopii má charakteristiky rýchlosti, nedeštruktívnosti a v reálnom čase. Môže nepretržite zbierať spektrálne údaje počas výrobného procesu a konvertovať spektrálne údaje na informácie o chemickom zložení prostredníctvom chemometrických modelov, aby poskytoval spätnú väzbu v reálnom čase pre riadenie výrobného procesu.
Vytvorí sa matematický model výrobného procesu a proces sušenia sa dynamicky simuluje a predpovedá v kombinácii s údajmi z monitorovania v reálnom čase. Prostredníctvom matematického modelu je možné analyzovať vplyv rôznych parametrov procesu na rozloženie teploty a modul materiálu a vopred upozorniť na možné lokálne problémy s prehriatím a optimalizovať parametre procesu tak, aby sa dosiahlo optimálne riadenie výrobného procesu.
4. Prax a úspechy Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd
Ako podnik špecializujúci sa na výrobu produktov z anorganického kremíka pripisuje Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd. veľký význam kontrole stability modulu pri výrobe práškového kremičitanu sodného. Optimalizáciou a modernizáciou sušiaceho zariadenia, ako je použitie kompozitného atomizéra a optimalizácia vnútornej štruktúry sušiacej veže, sa výrazne zlepšila rovnomernosť veľkosti kvapiek a miestny jav prehriatia v procese sušenia sa znížil o viac ako 30 %. Súčasne sa posilní miešanie a miešanie spojenia predúpravy materiálu, aby sa zabezpečila rovnomernosť koncentrácie a viskozity tekutého vodného skla, čím sa položil základ pre stabilnú prevádzku následného procesu sušenia.
Pokiaľ ide o riadenie procesu, spoločnosť zaviedla systém riadenia teploty fuzzy PID na báze PLC a online infračervený teplomer na dosiahnutie presnej kontroly teploty sušenia a monitorovanie lokálneho prehriatia v reálnom čase. Optimalizáciou prispôsobenia rýchlosti podávania a času sušenia v kombinácii s monitorovaním modulu v reálnom čase technológiou analýzy blízkej infračervenej spektroskopie je rozsah kolísania modulu (hodnota M) kontrolovaný v rozmedzí ± 0,05, čo je oveľa lepšie ako požiadavka priemyselného štandardu ± 0,1, a stabilita kvality produktu sa výrazne zlepšila.
Okrem toho spoločnosť zaviedla aj kompletný systém riadenia výrobného procesu, posilnila školenia zamestnancov a zlepšila informovanosť operátorov a schopnosť zvládať miestne problémy s prehrievaním. Pravidelná údržba výrobných zariadení zaisťuje normálnu prevádzku zariadenia a ďalej znižuje lokálne prehrievanie a kolísanie modulu spôsobené poruchami zariadenia.
