Bagaimana distribusi ukuran partikel kokas mentah secara kuantitatif memengaruhi permeabilitas lapisan material dan keseragaman kalsinasi dalam tanur putar?

Dampak kuantitatif distribusi ukuran partikel kokas bahan baku terhadap permeabilitas lapisan material dan keseragaman kalsinasi dalam tanur putar dapat dianalisis melalui korelasi antara parameter ukuran partikel dan indikator proses sebagai berikut:

I. Dampak Kuantitatif Distribusi Ukuran Partikel terhadap Permeabilitas Lapisan Material

Keseragaman Ukuran Partikel (Nilai PDI)

• Definisi: Indeks dispersi distribusi ukuran partikel (PDI = D90/D10, di mana D90 adalah ukuran ayakan yang dilewati oleh 90% partikel, dan D10 adalah ukuran ayakan yang dilewati oleh 10% partikel).
• Pola Dampak:
  Nilai PDI yang lebih kecil (menunjukkan ukuran partikel yang lebih seragam) menyebabkan porositas lapisan material yang lebih tinggi, dengan indeks permeabilitas (nilai K) meningkat sekitar 15% hingga 20%.
• Data Eksperimental:
  Ketika PDI menurun dari 2,0 menjadi 1,3, penurunan tekanan di dalam tungku berkurang sebesar 22%, dan laju aliran gas meningkat sebesar 18%, yang menunjukkan peningkatan permeabilitas yang signifikan.
• Mekanisme:
  Ukuran partikel yang seragam mengurangi fenomena partikel kecil mengisi celah di antara partikel besar, menghindari efek "jembatan partikel" dan dengan demikian menurunkan hambatan aliran udara.

Kandungan Partikel Halus (<0,5 mm)

• Ambang Batas Kritis:
  Ketika proporsi partikel halus melebihi 10%, permeabilitas menurun tajam.
• Hubungan Kuantitatif:
  Untuk setiap peningkatan 5% pada partikel halus, penurunan tekanan di dalam tungku meningkat sekitar 30%, dan laju aliran gas menurun sebesar 25%.
• Studi Kasus:
  Dalam tanur kalsinasi kokas minyak bumi, ketika kandungan partikel halus meningkat dari 8% menjadi 15%, tekanan negatif di kepala tanur naik dari -200 Pa menjadi -350 Pa, sehingga diperlukan peningkatan daya kipas hisap paksa untuk mempertahankan operasi, yang mengakibatkan peningkatan konsumsi energi sebesar 12%.

Ukuran Partikel Rata-rata (D50)

• Rentang Optimal:
  Permeabilitas terbaik dicapai ketika D50 berada antara 8 dan 15 mm.
• Dampak Penyimpangan:
  Ketika D50 kurang dari 5 mm, porositas lapisan material menurun hingga di bawah 35%, dan indeks permeabilitas turun sebesar 40%;
  Ketika D50 melebihi 20 mm, meskipun porositasnya tinggi, area kontak antar partikel berkurang, sehingga mengurangi efisiensi perpindahan panas sebesar 15% dan secara tidak langsung memengaruhi keseragaman kalsinasi.

II. Dampak Kuantitatif Distribusi Ukuran Partikel terhadap Keseragaman Kalsinasi

Deviasi Standar Distribusi Suhu (σT)

• Definisi:
  Indikator statistik dari amplitudo fluktuasi suhu aksial di dalam tungku, dengan nilai σT yang lebih kecil menunjukkan kalsinasi yang lebih seragam.
• Dampak Ukuran Partikel:
  Ketika ukuran partikel seragam (PDI < 1,5), σT dapat dikontrol dalam kisaran ±15℃;
  Ketika ukuran partikel tidak seragam (PDI > 2,5), σT meluas hingga ±40℃, yang menyebabkan pembakaran berlebihan atau pembakaran kurang secara lokal.
• Studi Kasus:
  Dalam tungku putar aluminium karbon, dengan mengoptimalkan distribusi ukuran partikel untuk mengurangi PDI dari 2,8 menjadi 1,4, deviasi standar kandungan volatil dalam produk menurun dari 0,8% menjadi 0,3%, sehingga secara signifikan meningkatkan keseragaman kalsinasi.

Kecepatan Pergerakan Garis Depan Reaksi (Vr)

• Definisi:
  Kecepatan dorong antarmuka reaksi kalsinasi dalam lapisan material, mencerminkan efisiensi kalsinasi.
• Korelasi dengan Ukuran Partikel:
  Untuk setiap peningkatan 10% pada proporsi partikel halus (<3 mm), Vr meningkat sekitar 25%, tetapi hal ini rentan menyebabkan reaksi yang terlalu cepat dan pemanasan berlebih lokal;
  Untuk setiap peningkatan 10% pada proporsi partikel kasar (>20 mm), Vr menurun sebesar 15% karena peningkatan hambatan perpindahan panas.
• Titik Keseimbangan:
  Ketika distribusi ukuran partikel bersifat bimodal (misalnya, campuran partikel 3-8 mm dan 15-20 mm), Vr dapat dipertahankan dalam kisaran optimal (0,5-1,0 mm/menit) sambil memastikan keseragaman.

Tingkat Kualifikasi Produk (Q)

• Hubungan Kuantitatif:
  Untuk setiap peningkatan 0,5 unit dalam keseragaman ukuran partikel (yaitu, penurunan nilai PDI), tingkat kualifikasi produk meningkat sekitar 8%;
  Untuk setiap penurunan 5% pada kandungan partikel halus, tingkat pemborosan akibat pembakaran kurang atau pembakaran berlebih berkurang sebesar 12%.
• Data Industri:
  Dalam tanur putar titanium dioksida, dengan mengontrol ukuran partikel bahan baku kokas (D50 = 12 mm, PDI = 1,6), deviasi standar keputihan produk menurun dari 1,2 menjadi 0,5, dan tingkat produk kelas satu meningkat dari 75% menjadi 92%.

III. Rekomendasi Optimasi Komprehensif

Tujuan Pengendalian Ukuran Partikel:

• D50: 8-15 mm (dapat disesuaikan sesuai karakteristik material);
• PDI: <1,5;
• Kandungan partikel halus (<0,5 mm): <8%.

Strategi Penyesuaian Proses:

• Mengadopsi proses penghancuran dan penyaringan bertahap untuk memastikan distribusi ukuran partikel yang terkonsentrasi;
• Lakukan perlakuan pra-pembentukan (misalnya, pembuatan briket) pada partikel halus untuk mengurangi kehilangan akibat tertiup angin;
• Optimalkan gradasi ukuran partikel sesuai dengan jenis tungku (rasio panjang terhadap diameter, kecepatan putaran), misalnya, menggunakan partikel kasar sebagai komponen utama untuk tungku panjang dan melengkapinya dengan partikel halus untuk tungku pendek.

Pemantauan dan Umpan Balik:

• Pasang alat analisis ukuran partikel online untuk memantau distribusi ukuran partikel material yang masuk ke dalam tungku secara real time;
• Dikombinasikan dengan pemodelan dinamika fluida komputasional (CFD) dari medan suhu di dalam tungku untuk menyesuaikan parameter ukuran partikel dan rezim kalsinasi secara dinamis.