როგორ მოქმედებს ნედლი კოქსის ნაწილაკების ზომის განაწილება რაოდენობრივად მასალის ფენის გამტარიანობასა და როტაციულ ღუმელში კალცინაციის ერთგვაროვნებაზე?

ნედლეულის კოქსის ნაწილაკების ზომის განაწილების რაოდენობრივი გავლენა მასალის ფენის გამტარიანობასა და როტაციულ ღუმელში გამოწვანების ერთგვაროვნებაზე შეიძლება გაანალიზდეს ნაწილაკების ზომის პარამეტრებსა და პროცესის ინდიკატორებს შორის კორელაციის გზით შემდეგნაირად:

I. ნაწილაკების ზომის განაწილების რაოდენობრივი გავლენა მასალის ფენის გამტარობაზე

ნაწილაკების ზომის ერთგვაროვნება (PDI მნიშვნელობა)

• განმარტება: ნაწილაკების ზომის განაწილების დისპერსიის ინდექსი (PDI = D90/D10, სადაც D90 არის საცრის ზომა, რომელშიც ნაწილაკების 90% გადის, ხოლო D10 არის საცრის ზომა, რომელშიც ნაწილაკების 10% გადის).
• ზემოქმედების ნიმუში:
  უფრო მცირე PDI მნიშვნელობა (რაც მიუთითებს ნაწილაკების უფრო ერთგვაროვან ზომაზე) იწვევს მასალის ფენის უფრო მაღალ ფორიანობას, ხოლო გამტარიანობის ინდექსი (K მნიშვნელობა) იზრდება დაახლოებით 15%-დან 20%-მდე.
• ექსპერიმენტული მონაცემები:
  როდესაც PDI 2.0-დან 1.3-მდე მცირდება, ღუმელში წნევის ვარდნა 22%-ით მცირდება, ხოლო გაზის ნაკადის სიჩქარე 18%-ით იზრდება, რაც გამტარიანობის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებაზე მიუთითებს.
• მექანიზმი:
  ნაწილაკების ერთგვაროვანი ზომა ამცირებს მცირე ნაწილაკების მიერ დიდ ნაწილაკებს შორის არსებული ხარვეზების შევსების ფენომენს, თავიდან აცილებს „ნაწილაკების შეერთების“ ეფექტს და ამით ამცირებს ჰაერის ნაკადის წინააღმდეგობას.

წვრილი ნაწილაკების შემცველობა (<0.5 მმ)

• კრიტიკული ზღვარი:
  როდესაც წვრილი ნაწილაკების პროპორცია 10%-ს აღემატება, გამტარობა მკვეთრად უარესდება.
• რაოდენობრივი დამოკიდებულება:
  წვრილი ნაწილაკების ყოველი 5%-იანი ზრდისას, ღუმელში წნევის ვარდნა დაახლოებით 30%-ით იზრდება, ხოლო გაზის ნაკადის სიჩქარე 25%-ით მცირდება.
• შემთხვევის შესწავლა:
  ნავთობკოქსის კალცინაციის ღუმელში, როდესაც წვრილი ნაწილაკების შემცველობა 8%-დან 15%-მდე იზრდება, ღუმელის თავში უარყოფითი წნევა -200 პა-დან -350 პა-მდე იზრდება, რაც მუშაობის შესანარჩუნებლად ინდუცირებული ვენტილატორის სიმძლავრის გაზრდას იწვევს, რაც ენერგიის მოხმარების 12%-ით ზრდას იწვევს.

საშუალო ნაწილაკების ზომა (D50)

• ოპტიმალური დიაპაზონი:
  საუკეთესო გამტარიანობა მიიღწევა, როდესაც D50 8-დან 15 მმ-მდეა.
• გადახრის გავლენა:
  როდესაც D50 5 მმ-ზე ნაკლებია, მასალის ფენის ფორიანობა 35%-ზე დაბლა მცირდება, ხოლო გამტარიანობის ინდექსი 40%-ით;
  როდესაც D50 აღემატება 20 მმ-ს, მიუხედავად იმისა, რომ ფორიანობა მაღალია, ნაწილაკებს შორის კონტაქტის ფართობი მცირდება, რაც სითბოს გადაცემის ეფექტურობას 15%-ით ამცირებს და ირიბად მოქმედებს კალცინაციის ერთგვაროვნებაზე.

II. ნაწილაკების ზომის განაწილების რაოდენობრივი გავლენა კალცინაციის ერთგვაროვნებაზე

ტემპერატურის განაწილების სტანდარტული გადახრა (σT)

• განმარტება:
  ღუმელში ღერძული ტემპერატურის რყევის ამპლიტუდის სტატისტიკური ინდიკატორი, სადაც უფრო მცირე σT მიუთითებს უფრო ერთგვაროვან კალცინაციაზე.
• ნაწილაკების ზომის გავლენა:
  როდესაც ნაწილაკების ზომა ერთგვაროვანია (PDI < 1.5), σT-ს კონტროლი შესაძლებელია ±15℃-ის ფარგლებში;
  როდესაც ნაწილაკების ზომა არაერთგვაროვანია (PDI > 2.5), σT ფართოვდება ±40℃-მდე, რაც იწვევს ლოკალურ ზედმეტ ან არასაკმარის წვას.
• შემთხვევის შესწავლა:
  ალუმინის ნახშირბადის როტაციულ ღუმელში, ნაწილაკების ზომის განაწილების ოპტიმიზაციის გზით PDI-ის 2.8-დან 1.4-მდე შესამცირებლად, პროდუქტში აქროლადი ნივთიერებების შემცველობის სტანდარტული გადახრა მცირდება 0.8%-დან 0.3%-მდე, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს კალცინაციის ერთგვაროვნებას.

რეაქციის ფრონტის მოძრაობის სიჩქარე (Vr)

• განმარტება:
  მასალის ფენაში კალცინაციის რეაქციის ინტერფეისის გადაადგილების სიჩქარე, რომელიც ასახავს კალცინაციის ეფექტურობას.
• ნაწილაკების ზომასთან კორელაცია:
  წვრილი ნაწილაკების პროპორციის ყოველ 10%-იან ზრდაზე (<3 მმ), Vr დაახლოებით 25%-ით იზრდება, მაგრამ ის მიდრეკილია ზედმეტად სწრაფი რეაქციების და ადგილობრივი გადახურებისკენ;
  უხეში ნაწილაკების პროპორციის ყოველ 10%-იან ზრდაზე (>20 მმ), Vr მცირდება 15%-ით სითბოს გადაცემის წინააღმდეგობის გაზრდის გამო.
• წონასწორობის წერტილი:
  როდესაც ნაწილაკების ზომის განაწილება ბიმოდალურია (მაგ., 3-8 მმ და 15-20 მმ ნაწილაკების ნარევი), Vr შეიძლება შენარჩუნდეს ოპტიმალურ დიაპაზონში (0.5-1.0 მმ/წთ) ერთგვაროვნების უზრუნველყოფისას.

პროდუქტის კვალიფიკაციის მაჩვენებელი (Q)

• რაოდენობრივი დამოკიდებულება:
  ნაწილაკების ზომის ერთგვაროვნების ყოველი 0.5 ერთეულით გაზრდისას (ანუ PDI მნიშვნელობის შემცირებისას), პროდუქტის კვალიფიკაციის მაჩვენებელი დაახლოებით 8%-ით იზრდება;
  წვრილი ნაწილაკების შემცველობის ყოველი 5%-იანი შემცირებისას, არასაკმარისი ან ზედმეტი წვის შედეგად წარმოქმნილი ნარჩენების მაჩვენებელი 12%-ით მცირდება.
• სამრეწველო მონაცემები:
  ტიტანის დიოქსიდის როტაციულ ღუმელში, ნედლეულის კოქსის ნაწილაკების ზომის კონტროლით (D50 = 12 მმ, PDI = 1.6), პროდუქტის სითეთრის სტანდარტული გადახრა მცირდება 1.2-დან 0.5-მდე, ხოლო პირველი კლასის პროდუქტის მაჩვენებელი იზრდება 75%-დან 92%-მდე.

III. ყოვლისმომცველი ოპტიმიზაციის რეკომენდაციები

ნაწილაკების ზომის კონტროლის მიზნები:

• D50: 8-15 მმ (რეგულირებადი მასალის მახასიათებლების მიხედვით);
• PDI: <1.5;
• წვრილი ნაწილაკების (<0.5 მმ) შემცველობა: <8%.

პროცესის კორექტირების სტრატეგიები:

• კონცენტრირებული ნაწილაკების ზომის განაწილების უზრუნველსაყოფად, გამოიყენეთ მრავალსაფეხურიანი დამსხვრევისა და სკრინინგის პროცესები;
• წვრილ ნაწილაკებზე ჩაატარეთ წინასწარი ფორმირების დამუშავება (მაგ., ბრიკეტირება) გაფრენილი ნაწილაკების დანაკარგების შესამცირებლად;
• ღუმელის ტიპის (სიგრძისა და დიამეტრის თანაფარდობა, ბრუნვის სიჩქარე) მიხედვით ოპტიმიზაცია გაუკეთეთ ნაწილაკების ზომის გრადაციას, მაგალითად, გრძელი ღუმელებისთვის მთავარ კომპონენტად მსხვილი ნაწილაკების გამოყენებით და მოკლე ღუმელებისთვის წვრილი ნაწილაკების დამატებით.

მონიტორინგი და უკუკავშირი:

• დააინსტალირეთ ონლაინ ნაწილაკების ზომის ანალიზატორები, რათა რეალურ დროში აკონტროლოთ ღუმელში შემავალი მასალის ნაწილაკების ზომის განაწილება;
• ღუმელის შიგნით ტემპერატურის ველის გამოთვლითი სითხის დინამიკის (CFD) მოდელირებასთან ერთად, ნაწილაკების ზომის პარამეტრები და კალცინაციის რეჟიმი დინამიურად კორექტირებისთვის.