규산나트륨(HLNAP-4)

생산 중 국지적 과열 및 모듈러스(M 값) 변동을 방지하는 방법 모듈러스(M): 3.4±0.1 분말 규산나트륨 ?

1. 분말형 규산나트륨의 생산 공정 개요 및 모듈러스 변동의 영향

중요한 무기 규소 화학 제품인 분말 규산 나트륨은 건조, 분무 및 기타 공정을 통해 액체 물유리로 만들어집니다. 예를 들어 Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd.의 인스턴트 분말 규산나트륨 HLNAP-4 모델은 모듈러스 3.4±0.1 및 이산화규소 함량 61.0-65.0%의 특성을 가지며 세제, 시멘트 속건성 첨가제 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 생산 과정에서 모듈러스(M값)는 제품 성능을 측정하는 핵심 지표입니다. 이는 제품의 용해도 및 접착 특성에 직접적인 영향을 미치는 산화나트륨에 대한 이산화규소의 양의 비율입니다. 국부적인 과열은 모듈러스 변동을 일으키는 중요한 요소 중 하나입니다. 생산 공정 중 국지적 온도가 너무 높으면 규산나트륨 용액의 중축합 반응이 가속화되고 이산화규소의 중합도가 변경되며 모듈러스가 목표 값인 3.4±0.1에서 벗어나 제품 품질의 안정성과 일관성에 영향을 미칩니다. 따라서 국부적인 과열로 인한 모듈러스 변동을 방지하는 방법을 연구하는 것은 분말형 규산나트륨의 생산 품질을 향상시키는 데 큰 의미가 있습니다.

2. 분말규산나트륨 제조 시 국부과열 원인 분석

(I) 건조공정 장비의 영향
분무건조탑, 유동층 건조기 등 일반적으로 사용되는 장비인 분말형 규산나트륨의 건조 공정에서 장비 설계가 불합리하거나 작동 매개변수가 부적절하게 설정되면 건조실 내 재료의 고르지 못한 분포, 국부적인 재료 축적 또는 과도한 체류 시간을 유발하여 국부적인 과열을 일으키기 쉽습니다. 예를 들어, 분무 건조 타워의 분무기의 분무 효과가 좋지 않고 액적 크기 분포가 고르지 않은 경우 큰 액적은 건조 타워에 빠르게 떨어지고 완전히 건조되기 전에 탑 바닥에 도달할 수 있으며, 작은 액적은 너무 오랫동안 고온 영역에 머물어 국부적인 과열을 초래할 수 있습니다. 또한 건조 매체(예: 뜨거운 공기)의 고르지 않은 유속 및 온도 분포로 인해 재료의 여러 부분이 고르지 않게 가열되어 국부적인 과열이 발생합니다.
(II) 재료 특성 및 가공 공정의 영향
분말형 규산나트륨 생산을 위한 원료로서 액체 물유리의 농도, 점도 및 기타 특성은 건조 공정 중 열 및 물질 전달에 영향을 미칩니다. 액상 물유리의 농도가 너무 높고 점도가 크면 분무건조 과정에서 액적의 미립화가 증가하여 더 큰 액적이나 액막이 형성되기 쉬워 내부 수분의 증발이 어려워지고 내부에 열이 축적되어 국부적인 과열이 발생합니다. 동시에, 원료의 전처리 과정에서 교반이 고르지 않으면 원료의 국부적인 농도 차이가 발생할 수 있으며, 고농도 영역은 건조 중 열 전달이 좋지 않아 과열될 가능성이 높습니다.
(III) 생산 공정 제어 매개변수의 영향
건조 온도, 공급 속도, 건조 시간 등 생산 공정의 제어 매개 변수를 부당하게 설정하거나 제어가 불안정한 경우에도 국부적인 과열이 발생합니다. 예를 들어, 건조 온도가 너무 높고 공급 속도가 너무 느리면 재료가 너무 오랫동안 고온 환경에 머무르고 과열되기 쉽습니다. 공급 속도가 너무 빠르면 재료가 시간 내에 완전히 건조되지 않을 수 있습니다. 이는 제품의 수분 함량에 영향을 미칠 뿐만 아니라 후속 처리 중에 일부 재료의 지속적인 가열로 인해 국부적인 과열을 유발할 수도 있습니다. 또한, 온도센서의 설치 위치 및 정확도에 문제가 있는 경우, 국부적인 온도 변화를 정확하게 모니터링하지 못하여 제어 시스템이 제때에 조정하지 못하여 국부적인 과열이 발생할 수 있습니다.

3. 국부적인 과열로 인한 모듈러스 변동을 방지하기 위한 주요 기술적 조치

(I) 건조 장비의 구조 및 작동 매개변수 최적화
분무건조탑 최적화
원심 분무기와 기류 분무기를 결합한 복합 분무기와 같은 새로운 유형의 분무기를 사용하여 액적 크기의 균일성을 향상시킵니다. 원심 분무기는 속도를 조정하여 액적 크기를 제어할 수 있는 반면, 공기 흐름 분무기는 더 큰 액적에 대해 2차 분무를 수행할 수 있어 액적 크기 분포를 더욱 집중시키고 불균일한 액적 크기로 인한 국부적 과열을 줄입니다. 예를 들어, Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd의 생산 관행에서는 복합 분무기를 도입하여 50-150μm 범위의 액적 크기 분포 비율을 85% 이상으로 증가시켜 건조 공정의 균일성을 크게 향상시켰습니다.
뜨거운 공기가 고르게 분포되도록 가이드 플레이트 또는 분배기를 타워에 설정하고 와전류 또는 국지적인 고속 영역을 방지하는 등 건조 타워의 내부 구조를 최적화합니다. 가이드 플레이트는 뜨거운 공기가 나선형으로 아래쪽으로 흐르도록 하고, 뜨거운 공기와 재료 사이의 접촉 시간과 균일성을 증가시키며, 타워 벽에 대한 재료의 접착을 줄여 국부적인 과열 위험을 줄일 수 있습니다.
뜨거운 공기의 원활한 흐름을 보장하고 사각지대를 피하기 위해 건조탑의 공기 흡입구와 배출구의 위치를 ​​합리적으로 설정하십시오. 공기 흡입구는 환형으로 분포되어 뜨거운 공기가 타워의 모든 측면에서 고르게 유입될 수 있으며, 공기 배출구는 타워 바닥 중앙에 설정되어 배기 가스가 적시에 배출되도록 하고 타워 내 공기 흐름의 안정성을 유지합니다.
유동층 건조기의 최적화
다층유동층이나 내부 가열유동층 등 적합한 유동층 구조를 설계합니다. 다층 유동층은 재료를 차례로 다른 층으로 건조시킬 수 있습니다. 각 층은 다양한 온도와 공기 흐름 매개변수로 설정되어 그라데이션 건조를 달성하고 단일 층의 긴 체류 시간으로 인한 재료의 과열을 방지합니다. 내부가열유동층은 베드층에 히트파이프나 스팀코일 등의 발열체를 설치해 열을 재료에 직접 전달하고, 열전달 효율을 높이며, 열풍량을 줄이고, 에너지 소비를 줄이며, 국부적인 과열 가능성을 줄인다.
공기 흐름이 베드 층을 고르게 통과하도록 유동층의 공기 흐름 분배 플레이트를 최적화합니다. 공기 흐름 분배판의 개구율, 구멍 크기 및 분배 모드는 공기 흐름의 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다. 다공성 판이나 원뿔 모양의 분배 판을 사용하면 공기 흐름이 층 바닥에 고르게 분포되어 재료의 채널링이나 데드 베드 현상을 방지하여 국부적인 과열을 줄일 수 있습니다.
(II) 물성관리 및 전처리 강화
원료 농도 및 점도 최적화
액체 물유리의 농도를 엄격하게 제어하고 건조 공정의 요구 사항에 따라 농도를 적절한 범위로 조정하십시오. 일반적으로 분무 건조에 적합한 액체 물유리의 농도는 30 - 40°Bé입니다. 이 농도 범위 내에서는 물방울의 미립화 효과가 더 좋고, 물 증발 속도가 적당하며, 국부적인 과열 발생을 줄일 수 있습니다. 농도가 너무 높으면 물로 희석하여 조정할 수 있습니다. 농도가 너무 낮으면 농축해야 합니다.
액체 물유리의 점도는 적절한 양의 분산제나 계면활성제를 첨가하여 감소시킬 수 있습니다. 헥사메타인산나트륨과 같은 분산제는 규산나트륨 입자의 표면에 흡착되어 입자 응집을 방지하고 시스템의 점도를 낮추며 분무 성능을 향상시킬 수 있습니다. 도데실벤젠술폰산나트륨과 같은 계면활성제는 액체의 표면 장력을 감소시켜 물방울이 미세한 입자로 원자화되는 것을 더 쉽게 만들어 건조 효율을 향상시키고 열 축적을 줄일 수 있습니다.
재료 교반 및 혼합 강화
원료의 보관 및 운송시에는 원료의 균일한 교반을 보장하고 국부적인 농도차를 방지하기 위해 앵커교반기와 프로펠러교반기를 결합한 복합교반 방식 등 고효율 교반설비를 사용합니다. 앵커 교반기는 탱크 바닥과 벽의 재료 침전물을 제거할 수 있는 반면, 프로펠러 교반기는 강한 축류를 생성하여 재료가 탱크 내 순환 흐름을 형성하고 혼합 균일성을 향상시킬 수 있습니다.
대규모 생산의 경우 이송 파이프라인에 정적 혼합기를 설치하여 재료 혼합을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 정적 믹서는 일련의 고정된 혼합 요소로 구성됩니다. 재료는 통과 시 지속적으로 분할 및 재결합되어 균일한 혼합을 달성하고, 건조 장비에 들어가는 재료 특성의 일관성을 보장하며, 고르지 않은 재료로 인한 국부적 과열을 줄입니다.
(III) 생산 공정 매개변수의 정확한 제어
건조온도의 정밀한 제어
PLC 기반의 퍼지 PID 제어 시스템과 같은 고급 온도 제어 시스템을 채택하여 실시간 모니터링과 건조 온도의 정밀한 조정을 달성합니다. 공기 흡입구, 타워 본체 중앙, 공기 배출구 등 건조탑의 다양한 영역에 여러 온도 센서를 설치하여 온도 데이터를 실시간으로 수집하고 데이터를 PLC 컨트롤러로 전송합니다. 컨트롤러는 설정된 온도 범위와 퍼지 PID 제어 알고리즘에 따라 발열체의 출력이나 열풍의 유량을 자동으로 조정하여 건조 온도를 설정값의 ±2℃ 범위 내로 유지하여 과도한 온도 변동 및 국부적인 과열을 방지합니다.
온도 경고 메커니즘을 확립하십시오. 특정 지역의 온도가 설정된 상한을 초과하면 시스템은 즉시 경보를 울리고 공급 속도를 높이거나 가열 전력을 줄이는 등 관련 매개 변수를 자동으로 조정하여 해당 지역의 온도를 낮추고 국부적 과열이 더 악화되는 것을 방지합니다.
공급 속도와 건조 시간의 조화로운 제어
건조 장비의 처리 능력과 소재의 특성에 따라 실험을 통해 최적의 공급 속도와 건조 시간의 조합을 결정합니다. 공급 펌프의 속도는 가변 주파수 속도 조절 기술로 제어되어 지속적으로 조정 가능한 공급 속도를 달성합니다. 생산 과정에서 레이저 입도 분석기를 통해 제품의 입도 분포를 감지하고 수분 측정기를 통해 제품의 수분 함량을 감지하는 등 온라인 감지 장비를 통해 재료의 건조 정도를 실시간으로 모니터링합니다. 테스트 결과에 따르면, 긴 체류 시간으로 인한 과열을 방지하면서 재료가 건조실에서 건조 공정을 완료하는 데 충분한 시간을 갖도록 공급 속도와 건조 시간을 적시에 조정합니다.
모듈러스가 3.4±0.1인 HLNAP-4 모델과 같은 다양한 분말 규산나트륨 제품 모델의 경우 원료 구성 및 건조 특성의 차이로 인해 맞춤형 공급 속도 및 건조 시간 제어 계획을 수립해야 합니다. 예를 들어 HLNAP-4를 생산할 경우 공급량은 50~80L/h, 건조시간은 15~25분으로 조절할 수 있다. 실제 생산 데이터의 축적과 최적화를 통해 제어 정확도를 더욱 향상시킬 수 있습니다.
(IV) 첨단 모니터링 및 분석 기술 도입
온라인 모니터링 기술 적용
온라인 적외선 온도계를 설치하여 건조 과정에서 재료의 표면 온도 분포를 실시간으로 모니터링하세요. 적외선 온도계는 비접촉 측정, 빠른 응답 속도, 높은 측정 정확도 등의 장점을 가지고 있습니다. 재료의 국지적 온도의 비정상적인 증가를 적시에 감지할 수 있습니다. 적외선 온도계의 모니터링 데이터를 건조 장비의 제어 시스템과 연결하여 실시간 조기 경보 및 국부 과열 자동 조정이 가능합니다.
온라인 레이저 산란 입자 크기 분석기를 사용하여 건조 공정 중 재료의 입자 크기 변화를 지속적으로 모니터링합니다. 입자 크기 변화는 재료의 건조 및 가열 정도를 반영할 수 있습니다. 국부적인 영역에서 물질의 입자 크기가 갑자기 증가하면 해당 영역이 과열되어 입자 덩어리가 발생했음을 나타낼 수 있습니다. 건조 매개변수를 적시에 조정하면 모듈러스 변동을 피할 수 있습니다.
공정분석기술(PAT) 적용
근적외선 분광분석 기술을 이용하여 이산화규소, 산화나트륨의 함량비 등 물질의 화학적 조성 변화를 실시간으로 모니터링하고 모듈러스 변화 추세를 간접적으로 판단합니다. 근적외선 분광분석은 신속성, 비파괴성, 실시간성이라는 특징을 가지고 있습니다. 생산 공정 중에 스펙트럼 데이터를 지속적으로 수집하고 화학 측정 모델을 통해 스펙트럼 데이터를 화학 조성 정보로 변환하여 생산 공정 제어를 위한 실시간 피드백을 제공할 수 있습니다.
생산 공정의 수학적 모델을 구축하고 실시간 모니터링 데이터와 결합하여 건조 공정을 동적으로 시뮬레이션하고 예측합니다. 수학적 모델을 통해 재료의 온도 분포와 모듈러스에 대한 다양한 공정 매개변수의 영향을 분석할 수 있으며, 발생할 수 있는 국지적 과열 문제를 사전에 경고할 수 있으며, 공정 매개변수를 최적화하여 생산 공정을 최적으로 제어할 수 있습니다.

4. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd의 업무 및 성과

무기 실리콘 제품 생산을 전문으로 하는 기업인 Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd는 분말 규산나트륨 생산 시 모듈러스 안정성 제어를 매우 중요하게 생각합니다. 복합 분무기 사용, 건조탑 내부 구조 최적화 등 건조 장비 최적화 및 업그레이드를 통해 액적 크기의 균일성이 크게 향상되었으며, 건조 과정에서 국부적인 과열 현상이 30% 이상 감소했습니다. 동시에, 재료 전처리 링크의 교반 및 혼합을 강화하여 액체 물유리의 농도 및 점도의 균일성을 보장하여 후속 건조 공정의 안정적인 운영을 위한 기반을 마련합니다.
공정 제어 측면에서는 PLC 기반 퍼지 PID 온도 제어 시스템과 온라인 적외선 온도계를 도입해 건조 온도를 정밀하게 제어하고 국부 과열을 실시간 모니터링합니다. 공급 속도와 건조 시간의 일치를 최적화하고 근적외선 분광 분석 기술을 통한 실시간 모듈러스 모니터링과 결합하여 모듈러스(M 값)의 변동 범위를 ±0.05 이내로 제어합니다. 이는 업계 표준 ±0.1 요구 사항보다 훨씬 우수하며 제품 품질 안정성이 크게 향상됩니다.
또한 회사는 완전한 생산 공정 관리 시스템을 구축하고 직원 교육을 강화했으며 현지 과열 문제에 대한 운영자의 인식 및 처리 능력을 향상시켰습니다. 생산 장비를 정기적으로 유지 관리하면 장비의 정상적인 작동이 보장되고 장비 고장으로 인한 국부적 과열 및 모듈러스 변동이 더욱 줄어듭니다.