سیلیکات پتاسیم (HLKL-1)

چگونه از پلیمریزاسیون یا ژل شدن بیش از حد در طول تولید جلوگیری کنیم مدول (M): سیلیکات پتاسیم مایع 2.20-2.40 ?

1. ویژگی ها و زمینه کاربرد سیلیکات پتاسیم مایع

سیلیکات پتاسیم مایع به عنوان یک ترکیب سیلیکونی معدنی مهم، به دلیل خواص شیمیایی منحصر به فرد خود، نقش کلیدی در بسیاری از زمینه ها ایفا می کند. با در نظر گرفتن سیلیکات پتاسیم مایع HLKL-1 تولید شده توسط Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd، مدول آن 2.20-2.40 است. دارای ویژگی های شفافیت بالا و قلیائیت قوی است. به طور گسترده ای در پوشش های معدنی، کودهای پتاس، کاتالیزورها، مواد پرکننده صابون، مواد نسوز و سایر زمینه ها استفاده می شود. در فرآیند تولید، کلید تضمین کیفیت محصول اجتناب از پلیمریزاسیون یا ژل شدن بیش از حد است که نه تنها به ثبات عملکرد محصول مربوط می شود، بلکه مستقیماً بر کارایی تولید و رقابت در بازار شرکت تأثیر می گذارد.

2. اصول اولیه پلیمریزاسیون و ژل شدن سیلیکات پتاسیم مایع

(I) مکانیسم واکنش پلیمریزاسیون
جزء اصلی سیلیکات پتاسیم مایع سیلیکات پتاسیم (K2O・nSiO2・mH2O) است و آنیون های سیلیکات پیچیده در محلول آبی آن وجود دارد. تحت شرایط خاصی، این آنیون ها از طریق تشکیل پیوندهای سیلیکونی-اکسیژن (Si-O-Si) پلیمریزاسیون می شوند تا پلی سیلیکات با درجات مختلف پلیمریزاسیون را تشکیل دهند. مدول (M) یک شاخص مهم برای اندازه گیری نسبت مقدار دی اکسید سیلیکون به اکسید پتاسیم در سیلیکات پتاسیم است. برای سیلیکات پتاسیم مایع با مدول 2.20-2.40، درجه پلیمریزاسیون چهار وجهی سیلیکون-اکسیژن آن در سطح متوسط ​​است و کنترل پذیری واکنش پلیمریزاسیون بسیار مهم است.
(II) علل ژل شدن
ژل شدن نتیجه پلیمریزاسیون بیش از حد است. هنگامی که زنجیره‌های مولکولی پلی سیلیکات‌ها به رشد خود ادامه می‌دهند و برای تشکیل یک ساختار شبکه سه‌بعدی به هم متصل می‌شوند، سیستم از مایع به ژل تغییر می‌کند. این فرآیند معمولاً تحت تأثیر ترکیبی از عوامل از جمله دما، غلظت، مقدار pH، محتوای ناخالصی و شرایط هم زدن قرار می گیرد. هنگامی که ژل شدن اتفاق می افتد، سیالیت و عملکرد سیلیکات پتاسیم مایع به شدت کاهش می یابد و حتی ممکن است نیازهای درخواست مشتری را برآورده نکند.

3. عوامل کلیدی موثر بر پلیمریزاسیون و ژل شدن در طول تولید

(I) خلوص و نسبت مواد خام
مواد اولیه دی اکسید سیلیکون: خلوص مواد اولیه دی اکسید سیلیکون (مانند ماسه کوارتز) مورد استفاده برای تولید سیلیکات پتاسیم مایع به طور مستقیم بر کیفیت محصول تأثیر می گذارد. اگر مواد اولیه حاوی یون های ناخالصی مانند آهن، آلومینیوم و کلسیم باشد، این ناخالصی ها ممکن است به عنوان کاتالیزور یا مراکز اتصال عرضی برای واکنش های پلیمریزاسیون عمل کنند، واکنش پلیمریزاسیون را تسریع کنند و خطر ژل شدن را افزایش دهند. به عنوان مثال، آهن بیش از حد (مانند بیش از 0.01٪) به طور قابل توجهی باعث کاهش پایداری سیلیکات پتاسیم مایع می شود. شرکت شیمیایی Tongxiang Hengli، با مسئولیت محدود، محتوای آهن ≤0.01٪ را در طول فرآیند تولید بر اساس این ملاحظات به شدت کنترل می کند.
نسبت اکسید پتاسیم به دی اکسید سیلیکون: کنترل دقیق مدول هسته اصلی تولید سیلیکات پتاسیم مایع واجد شرایط است. محاسبه مدول بر اساس نسبت مقدار اکسید پتاسیم (K2O) به دی اکسید سیلیکون (SiO2) است. اگر نسبت نادرست باشد، تعادل بار چهار وجهی سیلیکون-اکسیژن در سیستم ممکن است از بین برود و در نتیجه پلیمریزاسیون غیرعادی ایجاد شود. در طول فرآیند تولید، اندازه گیری دقیق و کنترل واکنش شیمیایی مورد نیاز است تا اطمینان حاصل شود که مدول در محدوده هدف 2.20-2.40 قرار دارد.
(II) دما و زمان واکنش
تأثیر دما: دما عامل مهمی است که بر سرعت واکنش پلیمریزاسیون تأثیر می گذارد. افزایش دما سرعت حرکت مولکولی را تسریع می کند و احتمال برخورد بین مولکول های واکنش دهنده را افزایش می دهد و در نتیجه واکنش پلیمریزاسیون را تسریع می کند. در فرآیند تهیه سیلیکات پتاسیم مایع، اگر فرآیند واکنش با دمای بالا و فشار بالا اتخاذ شود، اگر دما به درستی کنترل نشود، واکنش پلیمریزاسیون ممکن است خارج از کنترل باشد و پلی سیلیکات‌های با وزن مولکولی بالا ممکن است به سرعت تولید شوند و حتی ممکن است ژل شدن رخ دهد. به عنوان مثال، زمانی که دمای واکنش از 120 درجه سانتیگراد فراتر رود، سرعت واکنش پلیمریزاسیون ممکن است به شدت افزایش یابد و باید توجه ویژه ای به نظارت و تنظیم دما در زمان واقعی شود.
کنترل زمان واکنش: زمان واکنش ارتباط نزدیکی با درجه پلیمریزاسیون دارد. در دمای معین، با افزایش زمان واکنش، درجه پلیمریزاسیون به تدریج افزایش می یابد. اگر زمان واکنش بیش از حد طولانی باشد، زنجیره مولکولی پلی سیلیکات به رشد خود ادامه می دهد و در نهایت یک ژل تشکیل می دهد. بنابراین، تعیین زمان واکنش بهینه از طریق آزمایشات ضروری است تا اطمینان حاصل شود که سیلیس به طور کامل واکنش نشان می دهد و در عین حال از پلیمریزاسیون بیش از حد جلوگیری می کند. برای سیلیکات پتاسیم مایع با مدول 2.20-2.40، زمان واکنش معمولاً باید در محدوده 8-12 ساعت کنترل شود. زمان خاص باید با توجه به تجهیزات واکنش و ویژگی های مواد خام تنظیم شود.
(III) غلظت محلول و مقدار pH
اثر غلظت: هر چه غلظت محلول سیلیکات پتاسیم مایع بیشتر باشد، غلظت آنیون های سیلیکات در واحد حجم بیشتر می شود، احتمال برخورد بین مولکولی بیشتر می شود و سرعت واکنش پلیمریزاسیون سریعتر می شود. هنگامی که غلظت از آستانه معینی فراتر می رود (مانند Baume بیشتر از 46.0)، ویسکوزیته سیستم به طور قابل توجهی افزایش می یابد، انتقال جرم و راندمان انتقال حرارت کاهش می یابد و به راحتی می توان گرمای موضعی و واکنش پلیمریزاسیون ناهموار ایجاد کرد که به نوبه خود باعث ژل شدن می شود. درجه Baume سیلیکات پتاسیم مایع HLKL-1 تولید شده توسط Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd در 44.0-46.0 کنترل می شود که در محدوده غلظت نسبتاً ایمن قرار دارد، اما همچنان لازم است که به تغییرات غلظت در طول فرآیند تولید توجه جدی شود.
تنظیم مقدار pH: محلول سیلیکات پتاسیم به شدت قلیایی است و مقدار pH بر شکل وجود آنیون های سیلیکات تأثیر می گذارد. در شرایط pH بالا، آنیون‌های سیلیکات عمدتاً به شکل مونومر یا الیگومر وجود دارند و سرعت واکنش پلیمریزاسیون کند است. هنگامی که مقدار pH کاهش می یابد، درجه تفکیک سیلیکات کاهش می یابد و ذرات کلوئیدی سیلیکات به راحتی تشکیل می شوند. این ذرات به عنوان هسته واکنش پلیمریزاسیون عمل می کنند و باعث تشکیل و ایجاد پیوند متقابل پلی سیلیکات می شوند. بنابراین در طول فرآیند تولید، لازم است با افزودن مواد قلیایی مانند هیدروکسید پتاسیم، مقدار pH سیستم ثابت بماند. به طور کلی، مقدار pH بین 12-13 برای مهار پلیمریزاسیون بیش از حد کنترل می شود.
(IV) اثر همزن و انتقال جرم
هم زدن وسیله مهمی برای اطمینان از یکنواختی سیستم واکنش است. در فرآیند تولید سیلیکات پتاسیم مایع، اگر هم زدن کافی نباشد، غلظت مواد خام، دما و مقدار pH در ناحیه محلی ممکن است ناهموار باشد و در نتیجه باعث پلیمریزاسیون بیش از حد موضعی شود. به عنوان مثال، در گوشه مرده راکتور یا نزدیک به همزن، احتباس مواد و واکنش بیش از حد ممکن است رخ دهد که یک هسته ژل را تشکیل می دهد و به تدریج در کل سیستم پخش می شود. بنابراین لازم است نوع همزن و سرعت همزن مناسب انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که مواد در طول فرآیند واکنش کاملاً مخلوط شده و انتقال جرم و راندمان انتقال حرارت را بهبود می بخشد. معمولاً از همزن لنگر یا همزن پدال استفاده می شود و سرعت هم زدن در 30-60 دور در دقیقه کنترل می شود تا اثر اختلاط و مصرف انرژی متعادل شود.
(V) ناخالصی ها و کاتالیزورها
علاوه بر یون های ناخالصی موجود در مواد اولیه، انتخاب مواد تجهیزات تولید ناخالصی ها را نیز معرفی می کند. به عنوان مثال، اگر راکتور از فولاد کربن معمولی ساخته شده باشد، در شرایط قلیایی قوی، یون های آهن ممکن است حل شده و وارد محلول شوند و واکنش پلیمریزاسیون را تسریع کنند. بنابراین معمولاً از راکتورهای فولادی ضد زنگ یا مینا برای کاهش ورود ناخالصی ها استفاده می شود. علاوه بر این، یون‌های فلزی خاص (مانند یون‌های سدیم و یون‌های کلسیم) ممکن است به عنوان کاتالیزور برای ترویج واکنش‌های پلیمریزاسیون عمل کنند و باید تا حد امکان در طول پیش تصفیه و تولید مواد خام حذف شوند.

4. اقدامات فنی کلیدی برای جلوگیری از پلیمریزاسیون یا ژل شدن بیش از حد

(I) پیش تصفیه و کنترل کیفیت مواد خام
مواد خام با خلوص بالا را انتخاب کنید: ماسه کوارتز با محتوای ناخالصی کم مانند آهن و آلومینیوم را به عنوان مواد خام سیلیس انتخاب کنید و تجزیه و تحلیل شیمیایی دقیق روی مواد خام انجام دهید تا اطمینان حاصل شود که خلوص آنها مطابق با الزامات تولید است. در عین حال، از هیدروکسید پتاسیم یا کربنات پتاسیم با کیفیت بالا به عنوان منبع پتاسیم برای جلوگیری از ورود یون های ناخالصی استفاده کنید.
نسبت مواد خام را دقیقاً کنترل کنید: از تجهیزات اندازه گیری پیشرفته (مانند ترازوی الکترونیکی، جریان سنج) برای کنترل دقیق مقدار تغذیه اکسید پتاسیم و دی اکسید سیلیکون استفاده کنید تا اطمینان حاصل کنید که مدول در محدوده هدف قرار دارد. در طول فرآیند تولید، از ابزارهای تحلیلی آنلاین می توان برای نظارت بر مدول و غلظت محلول در زمان واقعی استفاده کرد و نسبت مواد خام را به موقع تنظیم کرد.
(II) بهینه سازی پارامترهای فرآیند واکنش
فرآیند کنترل درجه حرارت تقسیم شده: از یک استراتژی کنترل درجه حرارت تقسیم شده برای افزایش مناسب دما (مانند 100-110 درجه سانتیگراد) در ابتدای واکنش برای تسریع انحلال و واکنش پلیمریزاسیون اولیه دی اکسید سیلیکون استفاده کنید. در مراحل میانی و اواخر واکنش، به تدریج دما را کاهش دهید (مانند 80-90 درجه سانتیگراد) تا سرعت واکنش پلیمریزاسیون کاهش یابد و از پلیمریزاسیون بیش از حد جلوگیری شود. به این ترتیب، می توان درجه پلیمریزاسیون را در عین اطمینان از راندمان واکنش، بهتر کنترل کرد.
کنترل دقیق زمان واکنش: با توجه به ویژگی های مواد اولیه و عملکرد تجهیزات واکنش، پنجره زمان واکنش بهینه از طریق آزمایش تعیین می شود. در طول فرآیند تولید، یک رله زمان یا سیستم کنترل خودکار راه اندازی کنید تا اطمینان حاصل کنید که زمان واکنش به طور دقیق قابل کنترل است و از زمان واکنش بیش از حد به دلیل خطاهای عملیاتی انسانی جلوگیری کنید.
غلظت محلول و مقدار pH را کنترل کنید: در طول فرآیند واکنش، به طور مرتب درجه Baume و مقدار pH محلول را کنترل کنید و با افزودن آب دیونیزه یا محلول هیدروکسید پتاسیم آنها را تنظیم کنید. هنگامی که درجه Baume به حد بالایی (46.0) نزدیک است، آب دیونیزه شده را اضافه کنید تا به موقع رقیق شود. هنگامی که مقدار pH کمتر از 12 است، مقدار مناسبی محلول هیدروکسید پتاسیم برای حفظ محیط قلیایی سیستم اضافه کنید.
(III) تقویت همزن و طراحی تجهیزات
بهینه سازی سیستم همزن: با توجه به مشخصات حجمی و مواد راکتور، نوع مناسب و موقعیت نصب همزن را انتخاب کنید. به عنوان مثال، برای راکتورهای بزرگ، می توان از پدل های همزن چند لایه یا همزن های ترکیبی (مانند همزن های توربین در لایه بالایی و همزن های لنگر در لایه زیرین) برای بهبود اثر اختلاط مواد در مناطق مختلف استفاده کرد. در عین حال، سرعت و جهت پدال همزن به طور منطقی برای جلوگیری از گرداب و احتباس مواد طراحی شده است.
بهبود ساختار راکتور: از طراحی راکتور با دیواره داخلی صاف و بدون گوشه های مرده برای کاهش چسبندگی و حفظ مواد روی دیواره راکتور استفاده کنید. به عنوان مثال، پایین راکتور را می توان به شکل مخروطی یا بیضوی طراحی کرد تا تخلیه و تمیز کردن مواد را تسهیل کند. یک لوله راهنما در راکتور تنظیم می شود تا جهت جریان مواد را هدایت کند و یکنواختی اختلاط را بهبود بخشد.
معرفی ارتعاش اولتراسونیک یا مکانیکی: در طول فرآیند هم زدن، می توان دستگاه های ارتعاش اولتراسونیک یا مکانیکی را معرفی کرد تا اثرات اختلاط و انتقال جرم مواد را از طریق ورودی انرژی افزایش دهد. امواج اولتراسونیک می تواند اثرات کاویتاسیون ایجاد کند، آگلومراها و هسته های ژل را در مواد از بین ببرد و واکنش های پلیمریزاسیون بیش از حد را مهار کند. ارتعاشات مکانیکی می تواند چسبندگی مواد را به پدال همزن و دیواره راکتور کاهش داده و یکنواختی سیستم واکنش را بهبود بخشد.
(IV) افزودن تثبیت کننده ها و بازدارنده ها
نقش تثبیت کننده ها: افزودن مقدار مناسبی از تثبیت کننده ها مانند الکل های آلی (متانول، اتانول)، پلی ال ها (اتیلن گلیکول، پروپیلن گلیکول) یا پلی اتیلن گلیکول به محلول سیلیکات پتاسیم مایع. این تثبیت کننده ها می توانند با آنیون های سیلیکات پیوندهای هیدروژنی ایجاد کنند، از تشکیل پیوندهای سیلیکون-اکسیژن جلوگیری کرده و در نتیجه واکنش پلیمریزاسیون را مهار کنند. مقدار تثبیت کننده اضافه شده معمولاً 0.5٪ -2٪ از جرم محلول است و نسبت افزودن بهینه باید از طریق آزمایش تعیین شود.
انتخاب بازدارنده ها: برای سیلیکات پتاسیم مایع با مدول کم (مانند M=2.20-2.40)، می توان مقدار کمی نمک اسیدی (مانند دی هیدروژن فسفات پتاسیم، بی کربنات پتاسیم) را به عنوان بازدارنده اضافه کرد. نمک‌های اسیدی می‌توانند برخی از یون‌های هیدروکسید را خنثی کرده و مقدار pH محلول را به‌طور مناسب کاهش دهند، اما مقدار افزودن باید به شدت کنترل شود تا از رسوب کلوئید سیلیس به دلیل مقدار pH بسیار پایین جلوگیری شود. به طور کلی، مقدار نمک اسید اضافه شده از 0.1٪ جرم اکسید پتاسیم در محلول تجاوز نمی کند.
(V) نظارت و کنترل فرآیند در زمان واقعی
فناوری تجزیه و تحلیل آنلاین: از طیف‌سنج‌های مادون قرمز آنلاین، ویسکومترها و سایر ابزارهای تحلیلی برای نظارت بر ترکیب، ویسکوزیته، درجه پلیمریزاسیون و سایر پارامترهای سیستم واکنش در زمان واقعی استفاده کنید. برای مثال، طیف‌سنجی مادون قرمز می‌تواند پیک‌های جذب مشخصه پیوندهای سیلیکون-اکسیژن را در زمان واقعی شناسایی کند تا درجه پلیمریزاسیون را تعیین کند. ویسکومتر می تواند تغییرات در سیالیت محلول را در زمان واقعی منعکس کند. هنگامی که ویسکوزیته به طور غیر عادی افزایش می یابد، می توان اقدامات به موقع برای تنظیم پارامترهای فرآیند انجام داد.
سیستم کنترل خودکار: یک سیستم کنترل خودکار مبتنی بر PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) یا DCS (سیستم کنترل توزیع شده) ایجاد کنید و پارامترهای کلیدی فرآیند مانند دما، فشار، غلظت، مقدار pH، سرعت هم زدن و غیره را در محدوده کنترل خودکار قرار دهید. از طریق الگوریتم کنترل از پیش تعیین شده و آستانه، وضعیت عملکرد دستگاه گرمایش/سرمایش، پمپ تغذیه، همزن و سایر تجهیزات به طور خودکار تنظیم می شود تا به کنترل پایدار فرآیند تولید دست یابد و تأثیر خطاهای عملیات انسانی بر کیفیت محصول کاهش یابد.
(VI) مدیریت پس پردازش و ذخیره سازی
فیلتراسیون و شفاف سازی: پس از اتمام واکنش، محلول سیلیکات پتاسیم مایع فیلتر می شود تا ذرات ناخالصی حل نشده و ذرات ژل احتمالی حذف شود. برای اطمینان از شفافیت و خلوص محصول می توان از فیلتر صفحه و قاب، فیلتر گریز از مرکز یا تجهیزات فیلتراسیون غشایی استفاده کرد. محلول فیلتر شده را می توان بیشتر شفاف کرد، مانند ته نشینی استاتیک یا افزودن لخته کننده ها برای حذف مواد معلق ریز.
کنترل شرایط نگهداری: سیلیکات پتاسیم مایع باید در بشکه های پلاستیکی مهر و موم شده یا مخازن فولاد ضد زنگ ذخیره شود تا از تماس با هوا جلوگیری شود. محیط ذخیره سازی باید خنک و خشک باشد، با دمای کنترل شده در محدوده 5-30 درجه سانتیگراد، اجتناب از نور مستقیم خورشید و محیط با دمای بالا. در طول ذخیره سازی، کیفیت محصول به طور مرتب بررسی می شود. در صورت مشاهده علائم ژل شدن، باید به موقع فرآوری یا ضایع شود تا از ورود محصولات نامرغوب به بازار جلوگیری شود.

5. تجربه عملی

Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd، به عنوان یک تولید کننده حرفه ای محصولات سیلیکونی معدنی، تجربه غنی در فرآیند تولید سیلیکات پتاسیم مایع جمع آوری کرده است. این شرکت همواره به کنترل کیفیت محصول توجه دارد و با معرفی تجهیزات پیشرفته تولید و ابزارآزمایش، سیستم مدیریت کیفیت کاملی را ایجاد کرده است. این شرکت به منظور جلوگیری از پلیمریزاسیون یا ژل شدن بیش از حد سیلیکات پتاسیم مایع اقدامات زیر را انجام داده است:
کنترل دقیق مواد خام: شن و ماسه کوارتز با خلوص بالا و هیدروکسید پتاسیم را به عنوان مواد خام انتخاب کنید و برای اطمینان از ثبات کیفیت مواد خام، روابط همکاری طولانی مدت با تامین کنندگان با کیفیت بالا برقرار کنید. در عین حال، هر دسته از مواد اولیه قبل از ورود به کارخانه به شدت مورد بازرسی قرار می گیرد تا از تولید مواد اولیه نامرغوب جلوگیری شود.
فرآیند تولید بهینه: فرآیند واکنش کنترل دمای بخش‌بندی شده و سیستم همزن کارآمد برای دستیابی به کنترل دقیق واکنش پلیمریزاسیون اتخاذ می‌شود. از طریق سال‌ها بهینه‌سازی فرآیند، این شرکت می‌تواند محصولات سیلیکات پتاسیم مایع را با مدول 2.20-2.40 و عملکرد عالی به طور پایدار تولید کند.
روش‌های آزمایش کامل: مجهز به ابزارهای پیشرفته آنالیز شیمیایی و تجهیزات تست عملکرد فیزیکی، هر پیوند در فرآیند تولید در زمان واقعی نظارت و تجزیه و تحلیل می‌شود. به عنوان مثال، با اندازه گیری درجه Baume، چگالی، محتوای سیلیس، محتوای اکسید پتاسیم و سایر شاخص های محلول، پارامترهای فرآیند را می توان به موقع تنظیم کرد تا اطمینان حاصل شود که کیفیت محصول مطابق با الزامات استاندارد است.
راه حل های شخصی: با توجه به نیازهای مختلف مشتریان، این شرکت می تواند محصولات و محلول های سیلیکات پتاسیم مایع سفارشی را ارائه دهد. در فرآیند برقراری ارتباط با مشتریان، پرسنل فنی شرکت به طور کامل سناریوهای کاربردی مشتری و الزامات عملکرد را درک می‌کنند، مدل‌های محصول مناسب را به مشتریان توصیه می‌کنند و پشتیبانی فنی حرفه‌ای را برای کمک به مشتریان در حل مشکلاتی که در حین استفاده با آنها مواجه می‌شوند، ارائه می‌کنند.