Dik değirmende öğütülmüş malzeme akışının CFD analizi
CFD analysis of crushed material flow in vertical roller mill
Yazar: HÜSEYİN GEZER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL FURKAN SÖKMEN
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada; çimento, madencilik, cevher işleme gibi alanlarda kullanılan öğütme ekipmanlarından biri olan dikey valsli değirmenin CFD analizi yapılarak, elde edilen veriler ile sahadan alınan verilerin karşılaştırılmasının yapılması, dik değirmen performansını artırmaya yönelik varsa önerilerin getirilmesi ve ülkemizde yurt dışından temin yoluyla kullanılan bu değirmenin yerli imkanlarla üretimine ön ayak oluşturulması amaçlanmıştır.
Dik değirmenler özellikle çimento, madencilik gibi cevher malzemelerin öğütülme prosesinin olduğu iş alanlarında kullanılan öğütme görevini yerine getiren makinelerdir. Öğütmeyle birlikte gerçekleştirilmesi gereken ayırma işlemini harici bir sistemle değil kendi içlerinde yer alan seperatör (ayırıcı) kısmıyla gerçekleştirebilir ve ayrıca eğer ıslak öğütme işlemi yapılacaksa sıcak gaz girişi sayesinde kurutma işlemini de öğütme ile aynı anda gerçekleştirebilirler. Bu özellikleri aynı zamanda hacimsel olarak da kapladıkları alandan tasarruf sağlamaktadır. Çalışmamıza konu olan dikey valsli değirmenlerin kullanıldığı çimento endüstrisi yüksek enerji tüketiminin olduğu bir alan olup, burada ki öğütme işleminde harcanan elektrik enerjisi toplam üretim sürecinde harcanan elektrik enerjisinin %60'dan daha fazlasını oluşturmaktadır. Dik değirmenlerde enerjinin büyük kısmı öğütme işlemine harcansa da önemli ölçüde bir bölümü faydalı bir iş yapmadan, ses ve ısı olarak kaybedilmektedir. Teorik olarak öğütme verimliliği bilyalı değirmen, silindir, pres gibi öğütme elemanlarına kıyasla daha büyük ölçüde arttırılabilir ve elektrik tüketimi azaltılabilir. Bunula birlikte yüksek çalışma basıncından dolayı dik değirmenlerin bu avantajları pratik üretim sürecinde çok açık değildir.
Çalışma kapsamında halihazırda Bilecik Vezirhan'da kurulu Dinçer Çimento AŞ. Tesisinde kullanılmakta olan Pfeiffer MVR 5000 R4 tip dikey valsli değirmen baz alınarak Inventor Professional 2018 programında katı modelleme işlemi yapılmıştır. Model üzerinde analiz öncesi gerekli düzenlemeler SpaceClaim programında gerçekleştirilmiştir. Daha sonra model Ansys 2020 R1 programına aktarılıp, meshleme (ağlara bölme) işlemi yapılıp, sınır şartları tanımlanmıştır. Matematiksel modeller tanımlanarak gerekli optimizasyonlar yapıldıktan sonra akışkan analizi gerçekleştirilmiş ve analiz sonlandırılmıştır.
Son olarak yerinde yapılan incelemelerde sıcaklık, basınç, tane büyüklüğü ve hız parametrelerinde analizden elde edilen teorik sonuçlar ile pratik veriler karşılaştırılmış ve dik değirmen içi akış analizi ile gerçek verilerin doğrulaması yapılmıştır.

Abstract:
The aim of this study is execution of CFD analysis at a vertical mill which is used for grinding at cement, mining, ore processing, etc. sectors; while comparing received data with actual data on site, coming forth with suggestions to increase the vertical mill performance if any, and promoting the possibility of local fabrication of this equipment which is being imported actually.
Vertical mills are machines used for material grinding in fields of business like cement, mining, etc. that have grinding processes in their operations. Their advance technology, results in putting away the need of an external system using a separator (classifier) implemented within; and drying the material during grinding phase by the use of a hot air inlet if the material to be grinded is wet. These qualifications also make efficient use of space available. Cement industry that is commonly using our subject, vertical mills with rollers; is a sector with high energy consumption, in which grinding equipment has the major share of over 60%. While the major consumption of energy is for grinding at vertical mills, a significant share is lost as sound and heat. Theoretically, vertical mills have higher possibility of increasing the grinding efficiency and decreasing the energy consumption with regard to ball mills, cylinders, or roller presses. Besides, due to high pressure operation conditions, these advantages are not too clear in practical operation on field.
In scope of this study, solid modeling of a Pfeiffer MVR 5000 R4 type vertical roller mill currently being operated in Dinçer Çimento AŞ in Vezirhan/Bilecik was created by using Inventor Professional 2018 modeling program. Before analysis, required editing is made my using SpaceClaim computer program. Then the model is transferred into Ansys 2020 R1 computer program for meshing (dividing into webs), and limit conditions are identified. After identifying mathematical models and completing required optimizations, flow analysis is applied and analysis is finalized.
Finally, theoretical results and practical data on temperature, pressure, particle size and speed parameters are compared, and inner mill flow analysis is used for verification of actual data.