Bagaimana menghindari fluktuasi panas berlebih dan modulus (nilai M) lokal selama produksi Modulus (M): 3,4±0,1 bubuk natrium silikat ?
1. Gambaran umum proses produksi bubuk natrium silikat dan dampak fluktuasi modulus
Natrium silikat bubuk, sebagai produk kimia silikon anorganik yang penting, dibuat dari gelas air cair melalui proses pengeringan, penyemprotan, dan proses lainnya. Mengambil contoh Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, model natrium silikat bubuk instan HLNAP-4 memiliki karakteristik modulus 3,4±0,1 dan kandungan silikon dioksida 61,0-65,0%, yang banyak digunakan dalam deterjen, aditif semen cepat kering, dan bidang lainnya. Dalam proses produksi, modulus (nilai M) merupakan indikator kunci untuk mengukur kinerja produk. Ini adalah rasio jumlah silikon dioksida terhadap natrium oksida, yang secara langsung mempengaruhi kelarutan dan sifat sementasi produk. Panas berlebih lokal merupakan salah satu faktor penting yang menyebabkan fluktuasi modulus. Jika suhu lokal terlalu tinggi selama proses produksi, akan mempercepat reaksi polikondensasi larutan natrium silikat, mengubah derajat polimerisasi silikon dioksida, dan kemudian menyebabkan modulus menyimpang dari nilai target 3,4±0,1, sehingga mempengaruhi stabilitas dan konsistensi kualitas produk. Oleh karena itu, mempelajari cara menghindari fluktuasi modulus yang disebabkan oleh panas berlebih lokal sangat penting untuk meningkatkan kualitas produksi bubuk natrium silikat.
2. Analisis penyebab overheating lokal dalam produksi bubuk natrium silikat
(I) Pengaruh peralatan proses pengeringan
Dalam proses pengeringan bubuk natrium silikat, peralatan yang biasa digunakan seperti menara pengering semprot dan pengering unggun terfluidisasi, jika desain peralatan tidak masuk akal atau parameter pengoperasian tidak diatur dengan benar, akan mudah menyebabkan distribusi bahan yang tidak merata di ruang pengering, penumpukan bahan di area lokal atau waktu tinggal yang berlebihan, sehingga menyebabkan panas berlebih lokal. Misalnya, jika alat penyemprot pada menara pengering semprot memiliki efek atomisasi yang buruk dan distribusi ukuran tetesan yang tidak merata, tetesan yang lebih besar akan jatuh dengan cepat di menara pengering dan mungkin mencapai bagian bawah menara sebelum benar-benar kering, sedangkan tetesan yang lebih kecil mungkin tertinggal di area bersuhu tinggi terlalu lama, sehingga menyebabkan panas berlebih di area tersebut. Selain itu, laju aliran yang tidak merata dan distribusi suhu media pengering (seperti udara panas) juga akan menyebabkan pemanasan yang tidak merata pada berbagai bagian bahan, sehingga mengakibatkan panas berlebih secara lokal.
(II) Pengaruh karakteristik bahan dan proses pengolahan
Sebagai bahan baku pembuatan bubuk natrium silikat, konsentrasi, viskositas dan karakteristik lain dari gelas air cair akan mempengaruhi perpindahan panas dan massa selama proses pengeringan. Ketika konsentrasi gelas air cair terlalu tinggi dan viskositasnya besar, atomisasi tetesan meningkat selama proses pengeringan semprot, dan mudah untuk membentuk tetesan atau lapisan cairan yang lebih besar, sehingga air internal sulit menguap, dan panas terakumulasi di dalam, menyebabkan panas berlebih lokal. Pada saat yang sama, selama perlakuan awal bahan mentah, jika pengadukan tidak merata, hal ini dapat menyebabkan perbedaan konsentrasi lokal pada bahan, dan area dengan konsentrasi tinggi cenderung menjadi terlalu panas karena perpindahan panas yang buruk selama pengeringan.
(III) Pengaruh parameter pengendalian proses produksi
Jika parameter kontrol dalam proses produksi, seperti suhu pengeringan, laju umpan, waktu pengeringan, dll., diatur secara tidak wajar atau kontrol tidak stabil, hal ini juga akan menyebabkan panas berlebih lokal. Misalnya, jika suhu pengeringan terlalu tinggi dan kecepatan pengumpanan terlalu lambat, bahan akan terlalu lama berada di lingkungan bersuhu tinggi dan rentan terhadap panas berlebih; sementara kecepatan pengumpanan terlalu cepat, bahan tersebut mungkin tidak sepenuhnya kering pada waktunya, yang tidak hanya mempengaruhi kadar air produk, tetapi juga dapat menyebabkan panas berlebih lokal karena pemanasan terus-menerus pada beberapa bahan selama pemrosesan selanjutnya. Selain itu, jika terdapat masalah pada posisi pemasangan dan keakuratan sensor suhu, sensor suhu mungkin tidak dapat memantau perubahan suhu di area setempat secara akurat, sehingga sistem kontrol tidak dapat menyesuaikan waktu, sehingga menyebabkan panas berlebih lokal.
3. Langkah-langkah teknis utama untuk menghindari fluktuasi modulus yang disebabkan oleh panas berlebih lokal
(I) Mengoptimalkan struktur dan parameter pengoperasian peralatan pengeringan
Optimalisasi menara pengering semprot
Gunakan alat penyemprot jenis baru, seperti alat penyemprot komposit yang menggabungkan alat penyemprot sentrifugal dengan alat penyemprot aliran udara, untuk meningkatkan keseragaman ukuran tetesan. Alat penyemprot sentrifugal dapat mengontrol ukuran tetesan dengan mengatur kecepatannya, sedangkan alat penyemprot aliran udara dapat melakukan atomisasi sekunder pada tetesan yang lebih besar, menjadikan distribusi ukuran tetesan lebih terkonsentrasi dan mengurangi panas berlebih lokal yang disebabkan oleh ukuran tetesan yang tidak merata. Misalnya, dalam praktik produksi Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd, dengan memperkenalkan alat penyemprot komposit, proporsi distribusi ukuran tetesan dalam kisaran 50-150μm ditingkatkan menjadi lebih dari 85%, sehingga meningkatkan keseragaman proses pengeringan secara signifikan.
Mengoptimalkan struktur internal menara pengering, seperti memasang pelat pemandu atau distributor di menara untuk memandu udara panas agar terdistribusi secara merata dan menghindari arus eddy atau area lokal berkecepatan tinggi. Pelat pemandu dapat membuat aliran udara panas ke bawah dalam bentuk spiral, meningkatkan waktu kontak dan keseragaman antara udara panas dan material, serta mengurangi daya rekat material ke dinding menara, sehingga mengurangi risiko panas berlebih lokal.
Atur posisi saluran masuk dan keluar udara menara pengering secara wajar untuk memastikan kelancaran aliran udara panas dan menghindari sudut mati. Saluran masuk udara dapat didistribusikan secara melingkar sehingga udara panas masuk secara merata dari semua sisi menara, dan saluran keluar udara dipasang di tengah bagian bawah menara untuk memastikan gas buang keluar tepat waktu dan menjaga kestabilan aliran udara di dalam menara.
Optimalisasi pengering bed terfluidisasi
Rancang struktur fluidized bed yang sesuai, seperti fluidized bed multi-layer atau fluidized bed dengan pemanas internal. Lapisan terfluidisasi multi-lapisan dapat mengeringkan material dalam berbagai lapisan secara bergantian. Setiap lapisan diatur dengan parameter suhu dan aliran udara yang berbeda untuk mencapai pengeringan gradien dan menghindari panas berlebih pada material karena waktu tinggal yang lama dalam satu lapisan. Lapisan terfluidisasi yang dipanaskan secara internal mengatur elemen pemanas seperti pipa panas atau kumparan uap di lapisan lapisan untuk mentransfer panas langsung ke material, meningkatkan efisiensi perpindahan panas, mengurangi jumlah udara panas, mengurangi konsumsi energi dan kemungkinan panas berlebih lokal.
Optimalkan pelat distribusi aliran udara pada fluidized bed untuk memastikan aliran udara melewati lapisan bed secara merata. Laju pembukaan, ukuran bukaan, dan mode distribusi pelat distribusi aliran udara secara langsung mempengaruhi keseragaman aliran udara. Pelat berpori atau pelat distribusi berbentuk kerucut dapat digunakan untuk membuat aliran udara merata di bagian bawah lapisan lapisan untuk menghindari fenomena penyaluran atau lapisan mati pada material, sehingga mengurangi panas berlebih lokal.
(II) Memperkuat pengendalian properti material dan perlakuan awal
Optimalisasi konsentrasi dan viskositas bahan baku
Kontrol secara ketat konsentrasi gelas air cair dan sesuaikan konsentrasi ke kisaran yang sesuai sesuai dengan persyaratan proses pengeringan. Secara umum, konsentrasi gelas air cair yang cocok untuk pengeringan semprot adalah 30 - 40°Bé. Dalam kisaran konsentrasi ini, efek atomisasi tetesan lebih baik, laju penguapan air moderat, dan terjadinya panas berlebih lokal dapat dikurangi. Jika konsentrasinya terlalu tinggi, dapat diatur dengan mengencerkannya dengan air; jika konsentrasinya terlalu rendah, perlu dikonsentrasikan.
Viskositas gelas air cair dapat dikurangi dengan menambahkan dispersan atau surfaktan dalam jumlah yang sesuai. Dispersan seperti natrium heksametafosfat dapat teradsorpsi pada permukaan partikel natrium silikat untuk mencegah aglomerasi partikel, mengurangi viskositas sistem, dan meningkatkan kinerja atomisasi. Surfaktan seperti natrium dodesilbenzena sulfonat dapat mengurangi tegangan permukaan cairan, memudahkan tetesan diatomisasi menjadi partikel halus, meningkatkan efisiensi pengeringan dan mengurangi akumulasi panas.
Penguatan pengadukan dan pencampuran bahan
Selama penyimpanan dan pengangkutan bahan mentah, peralatan pengadukan efisiensi tinggi, seperti metode pengadukan gabungan yang menggabungkan pengaduk jangkar dan pengaduk baling-baling, digunakan untuk memastikan bahan diaduk secara merata dan menghindari perbedaan konsentrasi lokal. Agitator jangkar dapat menghilangkan endapan material di bagian bawah dan dinding tangki, sedangkan agitator baling-baling dapat menghasilkan aliran aksial yang kuat, sehingga material membentuk aliran sirkulasi di dalam tangki dan meningkatkan keseragaman pencampuran.
Untuk produksi skala besar, mixer statis dapat dipasang pada pipa pengangkut untuk lebih meningkatkan pencampuran material. Mixer statis terdiri dari serangkaian elemen pencampur tetap. Bahan tersebut terus dibagi dan digabungkan kembali ketika melewati untuk mencapai pencampuran yang seragam, memastikan konsistensi karakteristik bahan yang masuk ke peralatan pengeringan, dan mengurangi panas berlebih lokal yang disebabkan oleh bahan yang tidak rata.
(III) Kontrol parameter proses produksi yang akurat
Kontrol suhu pengeringan yang tepat
Mengadopsi sistem kontrol suhu tingkat lanjut, seperti sistem kontrol PID fuzzy berbasis PLC, untuk mencapai pemantauan waktu nyata dan penyesuaian suhu pengeringan yang tepat. Pasang beberapa sensor suhu di berbagai area menara pengering, seperti saluran masuk udara, bagian tengah badan menara, saluran keluar udara, dll., untuk mengumpulkan data suhu secara real-time dan mengirimkan data tersebut ke pengontrol PLC. Pengontrol secara otomatis menyesuaikan kekuatan elemen pemanas atau laju aliran udara panas sesuai dengan kisaran suhu yang telah ditetapkan dan algoritma kontrol PID fuzzy untuk menjaga suhu pengeringan dalam kisaran ±2℃ dari nilai yang ditetapkan untuk menghindari fluktuasi suhu yang berlebihan dan panas berlebih lokal.
Tetapkan mekanisme peringatan suhu. Ketika suhu suatu area melebihi batas atas yang ditetapkan, sistem akan segera mengeluarkan alarm dan secara otomatis menyesuaikan parameter yang relevan, seperti meningkatkan kecepatan umpan atau mengurangi daya pemanasan, untuk mengurangi suhu area tersebut dan mencegah panas berlebih lokal yang semakin parah.
Kontrol terkoordinasi dari kecepatan umpan dan waktu pengeringan
Menurut kapasitas pemrosesan peralatan pengeringan dan karakteristik bahan, kombinasi kecepatan pengumpanan dan waktu pengeringan yang optimal ditentukan melalui eksperimen. Kecepatan pompa umpan dikendalikan oleh teknologi pengaturan kecepatan frekuensi variabel untuk mencapai kecepatan umpan yang dapat disesuaikan secara terus menerus. Selama proses produksi, tingkat kekeringan bahan dipantau secara real time melalui peralatan deteksi online, seperti mendeteksi distribusi ukuran partikel produk melalui laser penganalisis ukuran partikel dan mendeteksi kadar air produk melalui pengukur kelembaban. Berdasarkan hasil pengujian, kecepatan pengumpanan dan waktu pengeringan disesuaikan pada waktunya untuk memastikan bahan memiliki cukup waktu untuk menyelesaikan proses pengeringan di ruang pengering, sekaligus menghindari panas berlebih akibat waktu tinggal yang lama.
Untuk model produk natrium silikat bubuk yang berbeda, seperti model HLNAP-4 dengan modulus 3,4±0,1, karena kemungkinan perbedaan dalam komposisi bahan baku dan karakteristik pengeringan, kecepatan pengumpanan dan rencana pengendalian waktu pengeringan yang dipersonalisasi perlu dirumuskan. Misalnya, saat memproduksi HLNAP-4, laju pengumpanan dapat dikontrol pada 50-80L/jam dan waktu pengeringan dapat dikontrol pada 15-25 menit. Akurasi kontrol dapat lebih ditingkatkan melalui akumulasi dan optimalisasi data produksi aktual.
(IV) Memperkenalkan teknologi pemantauan dan analisis yang canggih
Penerapan teknologi pemantauan online
Pasang termometer inframerah online untuk memantau distribusi suhu permukaan bahan selama proses pengeringan secara real time. Termometer inframerah memiliki keunggulan pengukuran non-kontak, kecepatan respons yang cepat, dan akurasi pengukuran yang tinggi. Ini dapat mendeteksi peningkatan abnormal suhu lokal material secara tepat waktu. Dengan menghubungkan data pemantauan termometer inframerah dengan sistem kontrol peralatan pengeringan, peringatan dini waktu nyata dan penyesuaian otomatis panas berlebih lokal dapat dicapai.
Gunakan penganalisis ukuran partikel hamburan laser online untuk terus memantau perubahan ukuran partikel bahan selama proses pengeringan. Perubahan ukuran partikel dapat mencerminkan tingkat pengeringan dan pemanasan material. Jika ukuran partikel material di suatu area tiba-tiba meningkat, hal ini mungkin mengindikasikan bahwa area tersebut terlalu panas, sehingga terjadi aglomerasi partikel. Fluktuasi modulus dapat dihindari dengan menyesuaikan parameter pengeringan secara tepat waktu.
Penerapan Teknologi Analitik Proses (PAT)
Gunakan teknologi analisis spektroskopi inframerah dekat untuk memantau perubahan komposisi kimia bahan secara real time, seperti rasio kandungan silikon dioksida dan natrium oksida, dan secara tidak langsung menilai tren perubahan modulus. Analisis spektroskopi inframerah dekat memiliki karakteristik cepat, tidak merusak, dan real-time. Ia dapat terus mengumpulkan data spektral selama proses produksi, dan mengubah data spektral menjadi informasi komposisi kimia melalui model kemometri untuk memberikan umpan balik waktu nyata untuk pengendalian proses produksi.
Model matematis dari proses produksi dibuat, dan proses pengeringan disimulasikan dan diprediksi secara dinamis dalam kombinasi dengan data pemantauan waktu nyata. Melalui model matematika, pengaruh parameter proses yang berbeda pada distribusi suhu dan modulus material dapat dianalisis, dan kemungkinan masalah panas berlebih lokal dapat dicegah terlebih dahulu, dan parameter proses dapat dioptimalkan untuk mencapai kontrol optimal pada proses produksi.
4. Praktek dan Prestasi Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd
Sebagai perusahaan yang mengkhususkan diri dalam produksi produk silikon anorganik, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd sangat mementingkan pengendalian stabilitas modulus dalam produksi bubuk natrium silikat. Dengan mengoptimalkan dan meningkatkan peralatan pengeringan, seperti menggunakan alat penyemprot komposit dan mengoptimalkan struktur internal menara pengering, keseragaman ukuran tetesan telah ditingkatkan secara signifikan, dan fenomena panas berlebih lokal dalam proses pengeringan telah berkurang lebih dari 30%. Pada saat yang sama, pengadukan dan pencampuran tautan perlakuan awal bahan diperkuat untuk memastikan keseragaman konsentrasi dan viskositas gelas air cair, meletakkan dasar untuk pengoperasian stabil dari proses pengeringan selanjutnya.
Dalam hal pengendalian proses, perusahaan memperkenalkan sistem kontrol suhu PID fuzzy berbasis PLC dan termometer inframerah online untuk mencapai kontrol suhu pengeringan yang tepat dan pemantauan panas berlebih lokal secara real-time. Dengan mengoptimalkan pencocokan kecepatan umpan dan waktu pengeringan, dikombinasikan dengan pemantauan modulus secara real-time dengan teknologi analisis spektroskopi inframerah dekat, kisaran fluktuasi modulus (nilai M) dikendalikan dalam ±0,05, yang jauh lebih baik daripada persyaratan standar industri ±0,1, dan stabilitas kualitas produk meningkat secara signifikan.
Selain itu, perusahaan juga telah membentuk sistem manajemen proses produksi yang lengkap, memperkuat pelatihan karyawan, dan meningkatkan kesadaran operator serta kemampuan penanganan masalah panas berlebih setempat. Pemeliharaan rutin peralatan produksi memastikan pengoperasian peralatan secara normal, sehingga mengurangi panas berlebih lokal dan fluktuasi modulus yang disebabkan oleh kegagalan peralatan.
