Bagaimanakah taburan saiz zarah kok mentah secara kuantitatif mempengaruhi kebolehtelapan lapisan bahan dan keseragaman pengkalsinan dalam tanur berputar?

Kesan kuantitatif taburan saiz zarah kok bahan mentah terhadap kebolehtelapan lapisan bahan dan keseragaman pengkalsinan dalam tanur berputar boleh dianalisis melalui korelasi antara parameter saiz zarah dan penunjuk proses seperti berikut:

I. Kesan Kuantitatif Taburan Saiz Zarah terhadap Kebolehtelapan Lapisan Bahan

Keseragaman Saiz Zarah (Nilai PDI)

• Definisi: Indeks serakan taburan saiz zarah (PDI = D90/D10, dengan D90 ialah saiz penapis yang dilalui oleh 90% zarah, dan D10 ialah saiz penapis yang dilalui oleh 10% zarah).
• Corak Impak:
  Nilai PDI yang lebih kecil (menunjukkan saiz zarah yang lebih seragam) membawa kepada keliangan lapisan bahan yang lebih tinggi, dengan indeks kebolehtelapan (nilai K) meningkat kira-kira 15% hingga 20%.
• Data Eksperimen:
  Apabila PDI menurun daripada 2.0 kepada 1.3, penurunan tekanan di dalam relau berkurangan sebanyak 22%, dan kadar aliran gas meningkat sebanyak 18%, menunjukkan peningkatan ketara dalam kebolehtelapan.
• Mekanisme:
  Saiz zarah yang seragam mengurangkan fenomena zarah kecil mengisi jurang antara zarah besar, mengelakkan kesan "penjembatan zarah" dan seterusnya menurunkan rintangan aliran udara.

Kandungan Zarah Halus (<0.5 mm)

• Ambang Kritikal:
  Apabila perkadaran zarah halus melebihi 10%, kebolehtelapan merosot dengan mendadak.
• Hubungan Kuantitatif:
  Bagi setiap peningkatan 5% dalam zarah halus, penurunan tekanan di dalam relau meningkat kira-kira 30%, dan kadar aliran gas berkurangan sebanyak 25%.
• Kajian Kes:
  Dalam tanur pengkalsinan kok petroleum, apabila kandungan zarah halus meningkat daripada 8% kepada 15%, tekanan negatif pada kepala tanur meningkat daripada -200 Pa kepada -350 Pa, yang memerlukan peningkatan dalam kuasa kipas draf teraruh untuk mengekalkan operasi, mengakibatkan peningkatan sebanyak 12% dalam penggunaan tenaga.

Saiz Zarah Purata (D50)

• Julat Optimum:
  Kebolehtelapan terbaik dicapai apabila D50 adalah antara 8 dan 15 mm.
• Kesan Penyimpangan:
  Apabila D50 kurang daripada 5 mm, keliangan lapisan bahan berkurangan kepada di bawah 35%, dan indeks kebolehtelapan menurun sebanyak 40%;
  Apabila D50 melebihi 20 mm, walaupun keliangannya tinggi, luas sentuhan antara zarah berkurangan, sekali gus mengurangkan kecekapan pemindahan haba sebanyak 15% dan secara tidak langsung menjejaskan keseragaman pengkalsinan.

II. Kesan Kuantitatif Taburan Saiz Zarah terhadap Keseragaman Kalsinasi

Sisihan Piawai Taburan Suhu (σT)

• Definisi:
  Penunjuk statistik amplitud turun naik suhu paksi di dalam relau, dengan σT yang lebih kecil menunjukkan pengkalsinan yang lebih seragam.
• Kesan Saiz Zarah:
  Apabila saiz zarah seragam (PDI < 1.5), σT boleh dikawal dalam lingkungan ±15℃;
  Apabila saiz zarah tidak seragam (PDI > 2.5), σT mengembang kepada ±40℃, yang membawa kepada pembakaran berlebihan atau pembakaran bawah setempat.
• Kajian Kes:
  Dalam tanur berputar karbon aluminium, dengan mengoptimumkan taburan saiz zarah untuk mengurangkan PDI daripada 2.8 kepada 1.4, sisihan piawai kandungan meruap dalam produk berkurangan daripada 0.8% kepada 0.3%, sekali gus meningkatkan keseragaman pengkalsinan dengan ketara.

Halaju Pergerakan Reaksi Hadapan (Vr)

• Definisi:
  Kelajuan pendorongan antara muka tindak balas pengkalsinan dalam lapisan bahan, mencerminkan kecekapan pengkalsinan.
• Korelasi dengan Saiz Zarah:
  Bagi setiap peningkatan 10% dalam perkadaran zarah halus (<3 mm), Vr meningkat kira-kira 25%, tetapi ia mudah menyebabkan tindak balas yang terlalu pantas dan pemanasan melampau setempat;
  Bagi setiap peningkatan 10% dalam perkadaran zarah kasar (>20 mm), Vr berkurangan sebanyak 15% disebabkan oleh peningkatan rintangan pemindahan haba.
• Titik Keseimbangan:
  Apabila taburan saiz zarah adalah bimodal (contohnya, campuran zarah 3-8 mm dan 15-20 mm), Vr boleh dikekalkan dalam julat optimum (0.5-1.0 mm/min) sambil memastikan keseragaman.

Kadar Kelayakan Produk (Q)

• Hubungan Kuantitatif:
  Bagi setiap peningkatan 0.5 unit dalam keseragaman saiz zarah (iaitu, penurunan dalam nilai PDI), kadar kelayakan produk meningkat kira-kira 8%;
  Bagi setiap penurunan 5% dalam kandungan zarah halus, kadar sisa akibat pembakaran bawah atau pembakaran atas berkurangan sebanyak 12%.
• Data Perindustrian:
  Dalam tanur berputar titanium dioksida, dengan mengawal saiz zarah kok bahan mentah (D50 = 12 mm, PDI = 1.6), sisihan piawai keputihan produk berkurangan daripada 1.2 kepada 0.5, dan kadar produk gred pertama meningkat daripada 75% kepada 92%.

III. Cadangan Pengoptimuman Komprehensif

Objektif Kawalan Saiz Zarah:

• D50: 8-15 mm (boleh laras mengikut ciri-ciri bahan);
• PDI: <1.5;
• Kandungan zarah halus (<0.5 mm): <8%.

Strategi Pelarasan Proses:

• Mengguna pakai proses penghancuran dan penyaringan berbilang peringkat untuk memastikan taburan saiz zarah yang pekat;
• Lakukan rawatan pra-pembentukan (contohnya, briket) pada zarah halus untuk mengurangkan kehilangan bahan lalat;
• Optimumkan penggredan saiz zarah mengikut jenis tanur (nisbah panjang kepada diameter, kelajuan putaran), contohnya, menggunakan zarah kasar sebagai komponen utama untuk tanur panjang dan menambah zarah halus untuk tanur pendek.

Pemantauan dan Maklum Balas:

• Pasang penganalisis saiz zarah dalam talian untuk memantau taburan saiz zarah bahan yang memasuki relau dalam masa nyata;
• Gabungkan dengan pemodelan dinamik bendalir pengiraan (CFD) bagi medan suhu di dalam relau untuk melaraskan parameter saiz zarah dan rejim pengkalsinan secara dinamik.