रोटरी भट्टी में कच्चे कोक के कणों के आकार का वितरण सामग्री की परत की पारगम्यता और कैल्सीनेशन की एकरूपता को मात्रात्मक रूप से कैसे प्रभावित करता है?

रोटरी भट्टी में कच्चे माल कोक के कण आकार वितरण के पदार्थ परत की पारगम्यता और कैल्सीनेशन की एकरूपता पर पड़ने वाले मात्रात्मक प्रभावों का विश्लेषण कण आकार मापदंडों और प्रक्रिया संकेतकों के बीच सहसंबंध के माध्यम से निम्नानुसार किया जा सकता है:

I. पदार्थ की परत की पारगम्यता पर कण आकार वितरण का मात्रात्मक प्रभाव

कण आकार एकरूपता (पीडीआई मान)

• परिभाषा: कण आकार वितरण प्रकीर्णन सूचकांक (पीडीआई = डी90/डी10, जहां डी90 छलनी का वह आकार है जिससे 90% कण गुजरते हैं, और डी10 छलनी का वह आकार है जिससे 10% कण गुजरते हैं)।
• प्रभाव पैटर्न:
  पीडीआई का कम मान (जो कणों के अधिक एकसमान आकार को दर्शाता है) सामग्री की परत की उच्च सरंध्रता की ओर ले जाता है, जिससे पारगम्यता सूचकांक (के मान) लगभग 15% से 20% तक बढ़ जाता है।
• प्रायोगिक आंकड़े:
  जब पीडीआई 2.0 से घटकर 1.3 हो जाता है, तो भट्टी के अंदर दबाव में गिरावट 22% कम हो जाती है, और गैस प्रवाह दर 18% बढ़ जाती है, जो पारगम्यता में महत्वपूर्ण सुधार को दर्शाता है।
• तंत्र:
  कणों का एकसमान आकार बड़े कणों के बीच के अंतराल में छोटे कणों के भरने की घटना को कम करता है, जिससे "कणों के आपस में जुड़ने" का प्रभाव टल जाता है और इस प्रकार वायु प्रवाह का प्रतिरोध कम हो जाता है।

महीन कणों की मात्रा (<0.5 मिमी)

• महत्वपूर्ण सीमा:
  जब महीन कणों का अनुपात 10% से अधिक हो जाता है, तो पारगम्यता में तेजी से गिरावट आती है।
• मात्रात्मक संबंध:
  महीन कणों में प्रत्येक 5% की वृद्धि के लिए, भट्टी के अंदर दबाव में गिरावट लगभग 30% बढ़ जाती है, और गैस प्रवाह दर 25% कम हो जाती है।
• केस स्टडी:
  पेट्रोलियम कोक कैल्सीनेशन भट्टी में, जब महीन कणों की मात्रा 8% से बढ़कर 15% हो जाती है, तो भट्टी के शीर्ष पर नकारात्मक दबाव -200 Pa से बढ़कर -350 Pa हो जाता है, जिससे संचालन को बनाए रखने के लिए प्रेरित ड्राफ्ट पंखे की शक्ति में वृद्धि आवश्यक हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा खपत में 12% की वृद्धि होती है।

औसत कण आकार (D50)

• इष्टतम सीमा:
  सर्वोत्तम पारगम्यता तब प्राप्त होती है जब D50 का मान 8 और 15 मिमी के बीच होता है।
• विचलन का प्रभाव:
  जब D50 5 मिमी से कम होता है, तो सामग्री परत की सरंध्रता 35% से नीचे घट जाती है, और पारगम्यता सूचकांक 40% तक गिर जाता है;
  जब D50 20 मिमी से अधिक हो जाता है, तो सरंध्रता अधिक होने के बावजूद, कणों के बीच संपर्क क्षेत्र कम हो जाता है, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता 15% तक कम हो जाती है और अप्रत्यक्ष रूप से कैल्सीनेशन की एकरूपता प्रभावित होती है।

II. कण आकार वितरण का कैल्सीनेशन की एकरूपता पर मात्रात्मक प्रभाव

तापमान वितरण मानक विचलन (σT)

• परिभाषा:
  भट्टी के अंदर अक्षीय तापमान के उतार-चढ़ाव के आयाम का एक सांख्यिकीय सूचक, जिसमें छोटा σT अधिक एकसमान कैल्सीनेशन को दर्शाता है।
• कण के आकार का प्रभाव:
  जब कण का आकार एकसमान होता है (पीडीआई < 1.5), तो σT को ±15℃ के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है;
  जब कणों का आकार असमान होता है (पीडीआई > 2.5), तो σT ±40℃ तक बढ़ जाता है, जिससे स्थानीय स्तर पर अत्यधिक या कम जलने की स्थिति उत्पन्न होती है।
• केस स्टडी:
  एल्यूमीनियम कार्बन रोटरी भट्टी में, कण आकार वितरण को अनुकूलित करके पीडीआई को 2.8 से घटाकर 1.4 करने से, उत्पाद में वाष्पशील सामग्री का मानक विचलन 0.8% से घटकर 0.3% हो जाता है, जिससे कैल्सीनेशन की एकरूपता में उल्लेखनीय सुधार होता है।

प्रतिक्रिया मोर्चे की गति (Vr)

• परिभाषा:
  पदार्थ की परत में कैल्सीनेशन प्रतिक्रिया इंटरफ़ेस की प्रणोदन गति, जो कैल्सीनेशन दक्षता को दर्शाती है।
• कण के आकार के साथ सहसंबंध:
  महीन कणों (<3 मिमी) के अनुपात में प्रत्येक 10% वृद्धि के लिए, Vr लगभग 25% बढ़ जाता है, लेकिन यह अत्यधिक तीव्र प्रतिक्रियाओं और स्थानीय अतिभार का कारण बनने की प्रवृत्ति रखता है;
  मोटे कणों (>20 मिमी) के अनुपात में प्रत्येक 10% वृद्धि के लिए, ऊष्मा स्थानांतरण प्रतिरोध में वृद्धि के कारण Vr में 15% की कमी आती है।
• संतुलन बिंदु:
  जब कण आकार वितरण द्विमोडल होता है (उदाहरण के लिए, 3-8 मिमी और 15-20 मिमी कणों का मिश्रण), तो एकरूपता सुनिश्चित करते हुए Vr को इष्टतम सीमा (0.5-1.0 मिमी/मिनट) के भीतर बनाए रखा जा सकता है।

उत्पाद योग्यता दर (Q)

• मात्रात्मक संबंध:
  कण आकार की एकरूपता में प्रत्येक 0.5 इकाई की वृद्धि (अर्थात, पीडीआई मान में कमी) के लिए, उत्पाद योग्यता दर लगभग 8% बढ़ जाती है;
  बारीक कणों की मात्रा में प्रत्येक 5% की कमी के लिए, कम या अधिक जलने के कारण होने वाली अपशिष्ट दर में 12% की कमी आती है।
• औद्योगिक डेटा:
  टाइटेनियम डाइऑक्साइड रोटरी भट्टी में, कच्चे माल कोक (D50 = 12 मिमी, PDI = 1.6) के कण आकार को नियंत्रित करके, उत्पाद की सफेदी का मानक विचलन 1.2 से घटकर 0.5 हो जाता है, और प्रथम श्रेणी के उत्पाद की दर 75% से बढ़कर 92% हो जाती है।

III. व्यापक अनुकूलन अनुशंसाएँ

कण आकार नियंत्रण के उद्देश्य:

• डी50: 8-15 मिमी (सामग्री की विशेषताओं के अनुसार समायोज्य);
• पीडीआई: <1.5;
• बारीक कण (<0.5 मिमी) की मात्रा: <8%।

प्रक्रिया समायोजन रणनीतियाँ:

• कणों के आकार के एक समान वितरण को सुनिश्चित करने के लिए बहु-स्तरीय कुचलने और छानने की प्रक्रियाओं को अपनाएं;
• बारीक कणों पर पूर्व-निर्माण उपचार (जैसे, ब्रिकेटिंग) करें ताकि उड़ने से होने वाले नुकसान को कम किया जा सके;
• भट्टी के प्रकार (लंबाई-से-व्यास अनुपात, घूर्णन गति) के अनुसार कण आकार के वर्गीकरण को अनुकूलित करें, उदाहरण के लिए, लंबी भट्टियों के लिए मुख्य घटक के रूप में मोटे कणों का उपयोग करें और छोटी भट्टियों के लिए महीन कणों का उपयोग करें।

निगरानी और प्रतिक्रिया:

• भट्टी में प्रवेश करने वाली सामग्री के कण आकार वितरण की वास्तविक समय में निगरानी करने के लिए ऑनलाइन कण आकार विश्लेषक स्थापित करें;
• भट्टी के अंदर तापमान क्षेत्र के कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनामिक्स (सीएफडी) मॉडलिंग के साथ संयोजन करके कण आकार मापदंडों और कैल्सीनेशन व्यवस्था को गतिशील रूप से समायोजित किया जा सकता है।