سیلیکات سدیم (HLNAP-4)

چگونه از گرمای بیش از حد موضعی و نوسانات مدول (مقدار M) در طول تولید جلوگیری کنیم مدول (M): سیلیکات سدیم 3.4±0.1 پودر ?

1. مروری بر فرآیند تولید پودر سیلیکات سدیم و تاثیر نوسانات مدول

سیلیکات سدیم پودری به عنوان یک محصول شیمیایی سیلیکونی معدنی مهم، از شیشه آب مایع از طریق خشک کردن، پاشش و سایر فرآیندها ساخته می شود. با در نظر گرفتن Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd، مدل HLNAP-4 سیلیکات سدیم پودر فوری آن دارای ویژگی های مدول 3.4±0.1 و محتوای دی اکسید سیلیکون 61.0-65.0 درصد است که به طور گسترده در مواد شوینده، افزودنی های خشک شونده سریع سیمان و سایر زمینه ها استفاده می شود. در فرآیند تولید، مدول (مقدار M) یک شاخص کلیدی برای اندازه گیری عملکرد محصول است. این نسبت مقدار دی اکسید سیلیکون به اکسید سدیم است که به طور مستقیم بر حلالیت و خواص سیمانی محصول تأثیر می گذارد. گرمای بیش از حد موضعی یکی از عوامل مهمی است که باعث نوسانات مدول می شود. اگر دمای موضعی در طول فرآیند تولید خیلی بالا باشد، واکنش پلی تراکم محلول سیلیکات سدیم را تسریع می کند، درجه پلیمریزاسیون دی اکسید سیلیکون را تغییر می دهد و سپس باعث انحراف مدول از مقدار هدف 0.1±3.4 می شود که بر پایداری و ثبات کیفیت محصول تأثیر می گذارد. بنابراین، مطالعه چگونگی جلوگیری از نوسانات مدول ناشی از گرمای بیش از حد موضعی برای بهبود کیفیت تولید سیلیکات سدیم پودری اهمیت زیادی دارد.

2. تجزیه و تحلیل علل گرمای بیش از حد موضعی در تولید سیلیکات سدیم پودری

(I) تأثیر تجهیزات فرآیند خشک کردن
در فرآیند خشک کردن سیلیکات سدیم پودری، تجهیزات متداول مانند برج های خشک کن اسپری و خشک کن های بستر سیال، اگر طراحی تجهیزات نامعقول باشد یا پارامترهای عملیاتی به درستی تنظیم نشده باشند، به راحتی می توان باعث توزیع نابرابر مواد در اتاق خشک کن، تجمع مواد در مناطق محلی یا زمان ماند بیش از حد و در نتیجه گرم شدن بیش از حد موضعی شد. به عنوان مثال، اگر اتمایزر برج خشک کن اسپری اثر اتمیزه شدن ضعیف و توزیع ناهموار اندازه قطرات داشته باشد، قطرات بزرگتر به سرعت در برج خشک کن می ریزند و ممکن است قبل از خشک شدن کامل به پایین برج برسند، در حالی که قطرات کوچکتر ممکن است برای مدت طولانی در منطقه با دمای بالا باقی بمانند و منجر به گرمای بیش از حد موضعی شود. علاوه بر این، سرعت جریان و توزیع دمای نامناسب محیط خشک کن (مانند هوای گرم) نیز باعث گرم شدن ناهموار قسمت های مختلف مواد و در نتیجه گرمای بیش از حد موضعی می شود.
(II) تأثیر ویژگی های مواد و فرآیند پردازش
به عنوان ماده اولیه برای تولید سیلیکات سدیم پودر، غلظت، ویسکوزیته و سایر ویژگی های شیشه آب مایع بر انتقال حرارت و جرم در طول فرآیند خشک کردن تأثیر می گذارد. هنگامی که غلظت شیشه آب مایع خیلی زیاد است و ویسکوزیته زیاد است، اتمیزه شدن قطرات در طول فرآیند خشک کردن اسپری افزایش می‌یابد و به راحتی قطرات یا لایه‌های مایع بزرگ‌تر تشکیل می‌شود که تبخیر آب داخلی را دشوار می‌کند و گرما در داخل جمع می‌شود و باعث گرمای بیش از حد موضعی می‌شود. در عین حال، در هنگام پیش تصفیه مواد خام، اگر هم زدن ناهموار باشد، ممکن است منجر به اختلاف غلظت موضعی در مواد شود و مناطق با غلظت بالا به دلیل انتقال حرارت ضعیف در طول خشک شدن، بیشتر داغ می شوند.
(III) تأثیر پارامترهای کنترل فرآیند تولید
اگر پارامترهای کنترلی در فرآیند تولید مانند دمای خشک کردن، سرعت تغذیه، زمان خشک شدن و غیره به طور غیر منطقی تنظیم شوند یا کنترل ناپایدار باشد، باعث گرمای بیش از حد موضعی نیز می شود. به عنوان مثال، هنگامی که دمای خشک کردن بیش از حد بالا است و سرعت تغذیه بسیار آهسته است، ماده برای مدت طولانی در محیط دمای بالا باقی می ماند و مستعد گرم شدن بیش از حد است. در حالی که سرعت تغذیه خیلی سریع است، ممکن است مواد در زمان به طور کامل خشک نشوند، که نه تنها بر میزان رطوبت محصول تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است به دلیل ادامه گرم شدن برخی از مواد در طول پردازش بعدی، باعث گرمای بیش از حد موضعی شود. علاوه بر این، اگر در محل نصب و دقت سنسور دما مشکلی وجود داشته باشد، ممکن است نتواند تغییرات دما را در ناحیه محلی به طور دقیق نظارت کند، در نتیجه سیستم کنترل قادر به تنظیم به موقع نیست و در نتیجه باعث گرمای بیش از حد موضعی می شود.

3. اقدامات فنی کلیدی برای جلوگیری از نوسانات مدول ناشی از گرمای بیش از حد موضعی

(I) ساختار و پارامترهای عملیاتی تجهیزات خشک کردن را بهینه کنید
بهینه سازی برج خشک کن اسپری
برای بهبود یکنواختی اندازه قطرات، از نوع جدیدی از اتمایزر استفاده کنید، مانند اتمایزر کامپوزیت که یک اتومایزر گریز از مرکز را با یک اتمایزر جریان هوا ترکیب می کند. اتمایزر گریز از مرکز می تواند اندازه قطرات را با تنظیم سرعت کنترل کند، در حالی که اتمایزر جریان هوا می تواند اتمیزاسیون ثانویه را روی قطرات بزرگتر انجام دهد، که توزیع اندازه قطرات را متمرکزتر می کند و گرمای بیش از حد موضعی ناشی از اندازه ناهموار قطرات را کاهش می دهد. به عنوان مثال، در عمل تولید Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd، با معرفی یک اتمایزر کامپوزیتی، نسبت توزیع اندازه قطرات در محدوده 50-150μm به بیش از 85٪ افزایش یافت که به طور قابل توجهی یکنواختی فرآیند خشک کردن را بهبود بخشید.
ساختار داخلی برج خشک کن را بهینه کنید، مانند تنظیم یک صفحه راهنما یا توزیع کننده در برج برای هدایت هوای گرم تا توزیع یکنواخت و اجتناب از جریان های گردابی یا مناطق پر سرعت محلی. صفحه راهنما می تواند هوای گرم را به شکل مارپیچی به سمت پایین جریان دهد، زمان تماس و یکنواختی بین هوای گرم و مواد را افزایش دهد و چسبندگی مواد را به دیوار برج کاهش دهد و خطر گرمای بیش از حد موضعی را کاهش دهد.
موقعیت ورودی و خروجی هوای برج خشک کن را به طور منطقی تنظیم کنید تا از جریان روان هوای گرم اطمینان حاصل کنید و از گوشه های مرده جلوگیری کنید. ورودی هوا را می توان به صورت حلقوی توزیع کرد تا هوای گرم به طور یکنواخت از همه طرف برج وارد شود و خروجی هوا در مرکز پایین برج تنظیم شود تا اطمینان حاصل شود که گاز خروجی به موقع تخلیه شده و پایداری جریان هوا در برج حفظ می شود.
بهینه سازی خشک کن بستر سیال
یک ساختار بستر سیال مناسب، مانند یک بستر سیال چند لایه یا یک بستر سیال گرم شده داخلی طراحی کنید. بستر سیال چند لایه می تواند به نوبه خود مواد را در لایه های مختلف خشک کند. هر لایه با پارامترهای دما و جریان هوا متفاوت تنظیم می شود تا به خشک شدن گرادیان برسد و از گرم شدن بیش از حد مواد به دلیل زمان ماندگاری طولانی در یک لایه جلوگیری شود. بستر سیال گرم شده داخلی، عناصر گرمایشی مانند لوله های حرارتی یا کویل های بخار را در لایه بستر برای انتقال مستقیم گرما به مواد، بهبود راندمان انتقال حرارت، کاهش میزان هوای گرم، کاهش مصرف انرژی و احتمال گرمای بیش از حد موضعی تنظیم می کند.
صفحه توزیع جریان هوا را در بستر سیال بهینه کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان هوا از لایه بستر به طور یکنواخت عبور می کند. نرخ باز شدن، اندازه دهانه و حالت توزیع صفحه توزیع جریان هوا به طور مستقیم بر یکنواختی جریان هوا تأثیر می گذارد. از یک صفحه متخلخل یا یک صفحه توزیع مخروطی شکل می توان برای توزیع یکنواخت جریان هوا در پایین لایه بستر استفاده کرد تا از کانال یا پدیده بستر مرده مواد جلوگیری شود و در نتیجه گرمای بیش از حد موضعی کاهش یابد.
(II) کنترل و پیش تصفیه خواص مواد را تقویت کنید
بهینه سازی غلظت و ویسکوزیته مواد خام
غلظت شیشه آب مایع را به شدت کنترل کنید و غلظت را با توجه به الزامات فرآیند خشک کردن در محدوده مناسب تنظیم کنید. به طور کلی، غلظت مناسب شیشه آب مایع برای خشک کردن اسپری 30 - 40 درجه Bé است. در این محدوده غلظت، اثر اتمیزه شدن قطرات بهتر است، سرعت تبخیر آب متوسط ​​است و می توان وقوع گرمای بیش از حد موضعی را کاهش داد. اگر غلظت خیلی زیاد باشد، می توان آن را با رقیق کردن با آب تنظیم کرد. اگر غلظت خیلی کم باشد، باید غلیظ شود.
ویسکوزیته لیوان آب مایع را می توان با افزودن مقدار مناسبی از دیسپرسنت یا سورفکتانت کاهش داد. پخش کننده هایی مانند هگزامتافسفات سدیم را می توان بر روی سطح ذرات سیلیکات سدیم جذب کرد تا از تجمع ذرات جلوگیری کند، ویسکوزیته سیستم را کاهش دهد و عملکرد اتمیزاسیون را بهبود بخشد. سورفکتانت هایی مانند سدیم دودسیل بنزن سولفونات می توانند کشش سطحی مایع را کاهش دهند و اتمیزه شدن قطرات به ذرات ریز را آسان تر کنند و راندمان خشک کردن را بهبود بخشند و تجمع گرما را کاهش دهند.
تقویت هم زدن و اختلاط مواد
در طول ذخیره سازی و حمل و نقل مواد خام، تجهیزات همزن با راندمان بالا، مانند روش همزن ترکیبی که ترکیبی از همزن لنگر و همزن پروانه ای است، استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که مواد به طور یکنواخت به هم زده می شوند و از اختلاف غلظت محلی جلوگیری می شود. همزن لنگر می تواند رسوبات مواد را در کف و دیواره مخزن حذف کند، در حالی که همزن پروانه ای می تواند جریان محوری قوی ایجاد کند، به طوری که مواد یک جریان گردشی را در مخزن تشکیل می دهد و یکنواختی اختلاط را بهبود می بخشد.
برای تولید در مقیاس بزرگ، یک میکسر استاتیک را می توان روی خط لوله انتقال تنظیم کرد تا اختلاط مواد را بیشتر کند. میکسر استاتیک از یک سری عناصر اختلاط ثابت تشکیل شده است. مواد به طور پیوسته تقسیم می شوند و هنگام عبور دوباره ترکیب می شوند تا به اختلاط یکنواخت دست یابند، از ثبات ویژگی های مواد وارد شده به تجهیزات خشک کن اطمینان حاصل شود و گرمای بیش از حد موضعی ناشی از مواد ناهموار کاهش یابد.
(III) کنترل دقیق پارامترهای فرآیند تولید
کنترل دقیق دمای خشک کردن
برای دستیابی به نظارت در زمان واقعی و تنظیم دقیق دمای خشک کردن، سیستم های کنترل دما پیشرفته، مانند سیستم های کنترل فازی PID مبتنی بر PLC را بکار ببرید. چندین سنسور دما را در نواحی مختلف برج خشک کن مانند ورودی هوا، وسط بدنه برج، خروجی هوا و غیره راه اندازی کنید تا داده های دما را در زمان واقعی جمع آوری کرده و داده ها را به کنترل کننده PLC منتقل کنید. کنترل کننده به طور خودکار قدرت عنصر گرمایش یا سرعت جریان هوای گرم را با توجه به محدوده دمایی از پیش تعیین شده و الگوریتم کنترل فازی PID تنظیم می کند تا دمای خشک کردن را در محدوده ± 2 ℃ از مقدار تنظیم شده نگه دارد تا از نوسانات بیش از حد دما و گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری شود.
یک مکانیسم هشدار دما ایجاد کنید. هنگامی که دمای یک منطقه خاص از حد بالایی تعیین شده فراتر رود، سیستم بلافاصله یک زنگ هشدار صادر می کند و به طور خودکار پارامترهای مربوطه مانند افزایش سرعت تغذیه یا کاهش قدرت گرمایش را تنظیم می کند تا دمای منطقه را کاهش دهد و از تشدید بیشتر گرمای موضعی جلوگیری کند.
کنترل هماهنگ سرعت تغذیه و زمان خشک شدن
با توجه به ظرفیت پردازش تجهیزات خشک‌کن و ویژگی‌های ماده، سرعت تغذیه بهینه و ترکیب زمان خشک کردن از طریق آزمایش‌ها تعیین می‌شود. سرعت پمپ تغذیه توسط فناوری تنظیم سرعت فرکانس متغیر برای دستیابی به سرعت تغذیه قابل تنظیم مداوم کنترل می شود. در طول فرآیند تولید، درجه خشکی مواد به صورت بلادرنگ از طریق تجهیزات تشخیص آنلاین، مانند تشخیص توزیع اندازه ذرات محصول از طریق تحلیلگر اندازه ذرات لیزری و تشخیص میزان رطوبت محصول از طریق رطوبت سنج، نظارت می شود. با توجه به نتایج آزمایش، سرعت تغذیه و زمان خشک کردن به موقع تنظیم می شود تا اطمینان حاصل شود که مواد زمان کافی برای تکمیل فرآیند خشک کردن در اتاق خشک کردن دارد و در عین حال از گرم شدن بیش از حد به دلیل زمان ماندگاری طولانی جلوگیری می کند.
برای مدل‌های مختلف محصولات سیلیکات سدیم پودری، مانند مدل HLNAP-4 با مدول 0.1±3.4، با توجه به تفاوت‌های احتمالی در ترکیب مواد اولیه و ویژگی‌های خشک‌کردن، باید برنامه‌های کنترل سرعت تغذیه و زمان خشک‌کردن شخصی‌سازی شود. به عنوان مثال، هنگام تولید HLNAP-4، نرخ تغذیه را می توان در 50-80 لیتر در ساعت و زمان خشک شدن را می توان در 15-25 دقیقه کنترل کرد. دقت کنترل را می توان از طریق انباشت و بهینه سازی داده های تولید واقعی بیشتر بهبود بخشید.
(IV) معرفی فناوری نظارت و تجزیه و تحلیل پیشرفته
کاربرد فناوری مانیتورینگ آنلاین
یک دماسنج مادون قرمز آنلاین برای نظارت بر توزیع دمای سطح مواد در طول فرآیند خشک کردن در زمان واقعی نصب کنید. دماسنج مادون قرمز دارای مزایای اندازه گیری بدون تماس، سرعت پاسخ سریع و دقت اندازه گیری بالا است. این می تواند به موقع افزایش غیرعادی دمای محلی مواد را تشخیص دهد. با اتصال داده های مانیتورینگ دماسنج مادون قرمز با سیستم کنترل تجهیزات خشک کن، می توان به هشدار زودهنگام بلادرنگ و تنظیم خودکار گرمای بیش از حد موضعی دست یافت.
از یک تحلیلگر اندازه ذرات پراکنده لیزری آنلاین برای نظارت مداوم بر تغییرات اندازه ذرات مواد در طول فرآیند خشک کردن استفاده کنید. تغییر اندازه ذرات می تواند منعکس کننده درجه خشک شدن و گرم شدن مواد باشد. اگر اندازه ذرات ماده در یک منطقه محلی به طور ناگهانی افزایش یابد، ممکن است نشان دهنده گرم شدن بیش از حد منطقه باشد و در نتیجه تجمع ذرات ایجاد شود. با تنظیم به موقع پارامترهای خشک کردن می توان از نوسانات مدول جلوگیری کرد.
کاربرد فناوری تحلیل فرآیند (PAT)
از فناوری تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک برای نظارت بر تغییرات ترکیب شیمیایی مواد در زمان واقعی مانند نسبت محتوای دی اکسید سیلیکون و اکسید سدیم استفاده کنید و به طور غیرمستقیم روند تغییرات مدول را قضاوت کنید. تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک دارای ویژگی‌های سرعت، غیرمخرب بودن و بلادرنگ بودن است. این می تواند به طور مداوم داده های طیفی را در طول فرآیند تولید جمع آوری کند و داده های طیفی را از طریق مدل های کمومتری به اطلاعات ترکیب شیمیایی تبدیل کند تا بازخورد بلادرنگ برای کنترل فرآیند تولید ارائه دهد.
یک مدل ریاضی از فرآیند تولید ایجاد می‌شود و فرآیند خشک کردن به صورت پویا در ترکیب با داده‌های نظارت زمان واقعی شبیه‌سازی و پیش‌بینی می‌شود. از طریق مدل ریاضی، تأثیر پارامترهای مختلف فرآیند بر توزیع دما و مدول مواد را می توان تجزیه و تحلیل کرد، و مشکلات احتمالی گرمای بیش از حد محلی را می توان از قبل هشدار داد، و پارامترهای فرآیند را می توان برای دستیابی به کنترل بهینه فرآیند تولید بهینه کرد.

4. تمرین و دستاوردهای Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd

Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd به عنوان یک شرکت متخصص در تولید محصولات سیلیکونی غیر آلی، اهمیت زیادی به کنترل پایداری مدول در تولید سیلیکات سدیم پودری می دهد. با بهینه سازی و ارتقاء تجهیزات خشک کن مانند استفاده از اتمیزر کامپوزیت و بهینه سازی ساختار داخلی برج خشک کن، یکنواختی اندازه قطرات به طور قابل توجهی بهبود یافته و پدیده گرمای بیش از حد موضعی در فرآیند خشک کردن بیش از 30 درصد کاهش یافته است. در همان زمان، هم زدن و اختلاط پیوند پیش تصفیه مواد برای اطمینان از یکنواختی غلظت و ویسکوزیته شیشه آب مایع تقویت می شود و پایه و اساس عملکرد پایدار فرآیند خشک کردن بعدی را ایجاد می کند.
از نظر کنترل فرآیند، این شرکت یک سیستم کنترل دمای PID فازی مبتنی بر PLC و یک دماسنج مادون قرمز آنلاین را برای دستیابی به کنترل دقیق دمای خشک کردن و نظارت بر زمان واقعی گرمای بیش از حد محلی معرفی کرد. با بهینه سازی تطابق سرعت تغذیه و زمان خشک کردن، همراه با نظارت زمان واقعی مدول توسط فناوری تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک، محدوده نوسان مدول (مقدار M) در 0.05 ± کنترل می‌شود که بسیار بهتر از استاندارد صنعت 0.1 ± نیاز است و ثبات کیفیت محصول به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.
علاوه بر این، این شرکت همچنین یک سیستم مدیریت فرآیند تولید کامل ایجاد کرده است، آموزش کارکنان را تقویت کرده و آگاهی اپراتورها و توانایی‌های رسیدگی به مشکلات گرمای بیش از حد محلی را بهبود بخشیده است. تعمیر و نگهداری منظم تجهیزات تولید، عملکرد عادی تجهیزات را تضمین می کند و گرمای بیش از حد موضعی و نوسانات مدول ناشی از خرابی تجهیزات را کاهش می دهد.