Bilyalı Değirmenlerde Hız-Dolum Oranı Optimizasyonu ve Boru Hattı

Bilyalı Değirmenlerde Hız-Dolum Oranı Optimizasyonu ve Boru Hattı Ekipmanları Yalıtımı ile Enerji Verimliliği

Uygulaması

Fatih DÖKME

Makina Yüksek Mühendisi

Şişecam Kimyasallar Grubu

Soda Sanayii A.Ş.

Kromsan Krom Bileşikleri Fabrikası

7 Ekim 2015

BİLYALI DEĞİRMENLERDE HIZ-DOLUM ORANI OPTİMİZASYONU

07.10.2015 Şişecam Kimyasallar Grubu Soda Sanayi A.Ş. 2

Özet

Yapılan çalışmada mevcut bilyalı değirmenler model olarak alınarak, deneysel ölçekli bir bilyalı değirmenimalatı yapılmıştır. Gerekli formüller kullanılarak değirmen için maksimum bilya çapı, bilya dolum oranı vekritik hız belirlenmiştir. Formüllerden çıkan değerlere göre değirmen şarjı yapılmıştır. Değirmen hızı, kritikhızın %60-80 arasında olacak şekilde ayarlanmıştır. Hızlara göre deney düzeneğinde anlık güç ölçümüyapılarak, deneyler sonucunda çıkan ürünlerin boyut analizi yapılmıştır. Sonuç olarak en az güç tüketimiile en küçük öğütülmüş ürün boyutunu sağlayan değirmen hızı belirlenmiştir. Ayrıca diğer bütün verilersabit tutularak değirmen içerisindeki bilya dolum oranları değişken olarak belirlenmiş ve en verimli bilyadolum oranı tespit edilmiştir.

Sonuç olarak mevcut değirmen hızının optimum değere çok yakın bir değerde çalıştığı ispatlanmıştır. Busebeple değirmen hızı değiştirilmemiştir. Bilya dolum oranı deneyleri sonucunda ise aynı kalitede ürüniçin % 3 daha az bilya beslemesi ile yaklaşık % 1,30 enerji tasarrufu elde edileceği sonucu bulunmuştur.



Bilyalı Değirmenler

Bilyalı değirmenler öğütücü

malzemesi bilya olan

değirmenlerdir. Diğer tip

değirmenlerle karşılaştırıldığında

ince öğütme için en uygun olan

değirmendir. Yaş ve kuru proses

olarak çalışabilirler.

Şekil 1. Bilyalı değirmenin bileşenleri (Riera ve Schaefer, 2005)

Değirmen Etkin Çapı(D), mm

Uzunluk, mm

Hacim, dm3

Kritik Hız (Nc), rpm

555

1300

314.34

57,3

Öğütücü (Bilya) Malzeme

Çapı (d), mm

Özgül Ağırlığı (g/cm3)

Dolum Oranı (%)

Dolum Ağırlığı (kg)

Alaşım çeliği

20

7,85

25

338c

Öğütülen Malzeme Malzeme

Özgül Ağırlığı(g/cm3)

Nem (%)

Maksimum Tanecik Boyutu, mm

Kromit

4,5

1

2


Hesaplamalar

Tablo 1. Deney düzeneği bilgileri

Deneysel Değirmen


Şekil 2. Deneysel ölçekli değirmen imalatından görüntüler

Deneysel Değirmen


Şekil 3. Deneysel ölçekli değirmen imalatından görüntüler

Hesaplamalar


Kritik Hız

Değirmen kritik hızı; “Değirmenin açısal hızının değirmen içindeki

öğütücüleri merkez kaç kuvveti sayesinde değirmen gövdesine

sabitleyen hızdır.” şeklinde tanımlanabilir (McIvor, 1983).

Değirmenin kritik devri; 𝑁𝑐 =42,3

𝐷𝑚formülü ile hesaplanmaktadır.

Buradan değirmenin kritik hızı 56,78 devir/dakika olarak

bulunmuştur.

Hammadde Şarj Miktarı

Yapılan bütün deneyler için hammadde şarj miktarı 400 kg olarak

belirlenmiştir. (Değirmen hacminin yaklaşık % 30’u)

Şekil 4. Kritik hızda dönen bilyalı değirmen

Hesaplamalar

Maksimum Bilya Çapının Hesaplanması

𝐷𝑚𝑎𝑥 = 20,17 ×𝐷20

𝐾× 3 ×

𝑊𝑖 × φ

𝑁𝑐 × 𝐷𝑢

𝐷𝑚𝑎𝑥 = 20 mm


Bilya Dolum Miktarının Hesaplanması

Bilya dolum oranı için ise değirmen tasarımcıları bilya dolum

oranının değirmen hacminin %22-35 arasında bir değer olması

gerektiğini açıklamaktadırlar (Magdalinovic vd., 2012). Mevcut

değirmenlerdeki bilya şarj oranı % 33 olduğu için, değirmen hız

deneyleri yapılırken bu oran kullanılmıştır.

𝑄 =𝜋 × 𝐷𝑢2

4× 𝐿 × 𝑑 × 𝑉𝑝

𝑄 = 446 kgŞekil 5. Değirmen bilya şarjı

DENEYLER


Öğütme Çemberi


Şekil 6. Bilyalı değirmende öğütme çemberi bileşenleri (Clermont, De Haas, Hancotte, 2008)

Hız Deneyleri

Hız deneyleri kapsamında ilk deney kritik hızın% 72’si ile yapılmıştır. Bu hız, model olarakalınan değirmenlerin mevcut çalışma hızlarıdır.Deney sonucuna göre öğütülmüş ürün boyutu100 µm ve güç tüketimi 3,25 kW/h olaraktespit edilmiştir. Bu değerler referans olarakkabul edilmiş ve yapılan diğer deneylerinsonucu, referans alınan bu ölçümler ilekarşılaştırılarak değerlendirilmiştir.


Kritik Devir % Devir Sayısı

60 34

65 37

70 40

75 43

80 46

Tablo 2. Deney hızları

Deney Sonuçları


0

20

40

60

80

100

120

140

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

60% 65% 70% 72% 75% 80%

Güç Tüketimi Ürün Boyutu

kw

% Kritik Hız

µm

Hız

(Kritik Hız x %)

Güç Tüketimi

(kWh)

Ürün Boyutu

(µm)

%60 2,80 130

%65 2,95 125

%70 3,11 110

%72 3,25 100

%75 3,28 95

%80 3,44 115

Tablo 3. Hız deneyleri sonuç çizelgesi

Şekil 7. Hız deneyleri sonuçları grafiği

Bilya Dolum Oranı Deneyleri


Şekil 8. Sabit hız ve iki farklı dolum oranı için öğütme çemberleri (Fortsch, 2006).


Deney Sonuçları

Bilya Dolum

Oranı (%)

Bilya Ağırlığı

(kg)

Güç Tüketimi

(kWh)

Ürün Boyutu

(µm)

%20 270 3,07 165

%25 338 3,13 115

%30 405 3,21 100

%33 446 3,25 100

%35 473 3,39 95

%40 541 3,56 90

%45 608 3,69 105

%50 676 3,84 120

Bilya dolum deneyleri de hız deneyleriyle aynı prensip ile tasarlanmıştır. Mevcut

sistemde kullanılan % 33’lük hacimsel boyut esas alınmıştır. Değirmen hızı

olarak mevcut sistemin hızı olan % 72 kritik hız değeri sabit tutulmuştur.

Tablo 4. Bilya dolum oranı deneyleri sonuç çizelgesi

Deney Sonuçlarından Örnek Görüntüler


Şekil 9. Deneylerden görüntüler; Bilya hareketi (sağda), öğütmeden sonra (solda)





BORU HATTI EKİPMANLARI YALITIMIYLA

ENERJİ VERİMLİLİĞİ UYGULAMALARI


Özet

Sıcak ve soğuk hatlardaki yalıtım genelde boru hatları ile sınırlandırılmış olup, hat üzerindekiekipmanlardaki ısıl kayıp hesaba katılmaz. Fakat bu hatlar üzerinde bulunan vanalardankaybedilen ısıl kayıp miktarı göz ardı edilemeyecek kadar büyüktür. Bu kapsamda Soda SanayiA.Ş. Kromsan Fabrikasında bulunan buhar hattı ekipmanları için bir çalışma yapılmıştır. Yapılanön çalışmada termal kamera yardımıyla vana sıcakları tespit edilmiş ve bu kapsamda ihtiyacauygun özelliklerde vana yalıtım ceket malzemesi seçilmiştir. Ardından imalatı yaptırılan vanayalıtım ceketlerinin DN 50 – DN 250 arası ölçülerde toplamda 285 adet vanaya montajlarıyapılmıştır. Yatırımı değerlendirebilmek için vanaların yalıtımdan önceki ısıl kayıplarıyla,yalıtımdan sonraki ısıl kayıpları karşılaştırılarak tasarruf miktarı hesaplanmıştır. Yatırım ile yıllık124.250,00 TL tasarruf yapılmaktadır.


Boru Hattı Ekipmanlar Yalıtımı

Boru hatlarında yalıtım genellikle borular ve bağlantı parçaları (dirsek, te, redüksiyon…vb.) ile sınırlı kalmaktadır.

(Gordon, Hart, 2011) boru hattı üzerinde bulunan ekipmanların yalıtımlarının yapılmamasının iki nedeni vardır.Bunlar:

• Ekipmanların şekilleri kıvrımlı olduğu için bu ekipmanlar için yalıtım yapılmasının düz boru hattına göre çok dahamaliyetli olması,

• Arıza veya periyodik bakım esnasında ekipmanlara ulaşılması gerektiğinden yalıtımların sökülmesi gerekliliği


Vana Yalıtımları


Şekil 10. Vana yalıtımı için örnek tasarruf tablosu (Ayvaz A.Ş., 2015)

Vana Yalıtım Ceketi UygulamasıÖncesi ve Sonrası


Şekil 11. Vana yalıtımı projesi kapsamında termal kamera görüntüleri

Vana Yalıtım Ceketi UygulamasıHesaplamalar

Çap Malzeme Miktar

Doğalgaz

Maliyet

(TL/ Wh)

Isıl Kazanç

(W/m)

Isıl Kazanç

Faktörü

Vana Boyut

Faktörü

Kazanç

TL / h

Kazanç

TL / Gün

Toplam Armatür

Kazanç TL/gün

DN 50 Glob Vana 120 0,0000675 423 0,93 1 0,0266 0,6373 76,4750

DN 65 Glob Vana 30 0,0000675 492 0,97 1 0,0322 0,7731 23,1939

DN 80 Glob Vana 25 0,0000675 595 1 1 0,0402 0,9639 24,0975

DN 100 Glob Vana 25 0,0000675 753 1,14 1 0,0579 1,3906 34,7660

DN 125 Glob Vana 3 0,0000675 858 1,25 1 0,0724 1,7375 5,2124

DN 150 Glob Vana 25 0,0000675 1052 1,5 1 0,1065 2,5564 63,9090

DN 200 Glob Vana 3 0,0000675 1353 1,67 1 0,1525 3,6604 10,9812

DN 50 Küresel Vana 10 0,0000675 423 0,93 0,85 0,0312 0,7498 7,4976

DN 65 Küresel Vana 5 0,0000675 492 0,97 0,85 0,0379 0,9096 4,5478

DN 125 Küresel Vana 3 0,0000675 858 1,25 0,9 0,0804 1,9305 5,7915

DN 50 Oransal Vana 14 0,0000675 423 0,93 0,9 0,0295 0,7081 9,9134

DN 65 Oransal Vana 2 0,0000675 492 0,97 0,9 0,0358 0,8590 1,7181

DN 80 Oransal Vana 2 0,0000675 595 1 0,9 0,0446 1,0710 2,1420

DN 150 Oransal Vana 8 0,0000675 1052 1,5 0,9 0,1184 2,8404 22,7232

DN 50 Basınç Düşürücü 2 0,0000675 423 0,93 0,92 0,0289 0,6927 1,3854

DN 250 Pislik Tutucu 2 0,0000675 1651 1,88 1,2 0,1746 4,1902 8,3805

DN 250 Sürgülü Vana 6 0,0000675 1651 1,88 0,6 0,3492 8,3805 50,2829

TOPLAM GÜNLÜK TASARRUF MİKTARI 353,0173 TL


KAYNAKÇA

Christian Pfeiffer, 2012. Mill Shell lining. Technical brochure. Christian PfeifferMaschinenfabrik GmbH.

Clermont B., De Haas, B., Hancotte, O., (2008). Real time mill management tools stabilizingyour milling process. The 3rd International Platinum Conference Sun City, 13-20s.

Magdalinovic, N., Trumic, M., Andric, L., (2012). The optimal ball diameter in a mill.Physicochemical Problems of Mineral Processing, 48/(2) 329 – 339.http://dx.doi.org/10.5277/ppmp120201

Riera, X., Schaefer, H., U., (2005). Optimization of mills for energy savings Christian PfeifferCompany Sharjah Cement U.A.E. Working Report, 2 s.,

Vana ve Kondenstop Ceketleri. [Broşür]. (t.y.).İstanbul: Ayvaz Anonim Şirketi 06 Mayıs2015, http://www.ayvaz.com/pdf/foyler/ayvaz_vana_kondenstop_ceketi.pdf.


Documents

Bilyalı Değirmenlerde Hız-Dolum Oranı Optimizasyonu ve Boru Hattı