تحديد حجم مضخة التفريغ والمكثف للمجففات تحت التفريغ: دليل هندسي عملي

حدّد حجم نظام التفريغ في المجفف تحت التفريغ من ثلاثة أرقام: حمل البخار الذي يجب إزالته (كغ ماء أو مذيب في الساعة)، والضغط المطلق الذي يجب الحفاظ عليه، ومعدل تسرب الوعاء. يزيل المكثف معظم البخار بتكثيفه؛ وتزيل المضخة الغاز غير القابل للتكثف (تسرب الهواء) وأي بخار لم يلتقطه المكثف. اختر نوع المضخة بحسب المذيب، وحدّد حجم المكثف دائماً لضغط بخار المذيب عند درجة حرارة سائل التبريد المتاح.

سياق سريع: المجفف بقدر جودة نظام التفريغ فيه

يحدد سطح التسخين في المجفف تحت التفريغ سرعة دخول الحرارة إلى المنتج. أما نظام التفريغ فيحدد ما إذا كان البخار قادراً على الخروج. فإن لم يخرج البخار بسرعة كافية ارتفع الضغط في الوعاء، وارتفعت معه نقطة الغليان، وتباطأ التجفيف. كثير من المجففات ضعيفة الأداء يكون سطح التسخين فيها سليماً بينما نظام التفريغ أصغر من اللازم، أو يكون سائل تبريد المكثف دافئاً أكثر من اللازم.

يشرح هذا الدليل كيفية تحديد حجم النظام. وهو امتداد لمقال نقطة غليان الماء تحت التفريغ الذي يعطي العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة، ولمقال معدات التجفيف تحت التفريغ: كيف تختار حسب المادة الذي يتناول اختيار المجفف.

تخطيط نظام التفريغ

يسير نظام المجفف القياسي تحت التفريغ بهذا الترتيب:

1. 1.وعاء المجفف: حيث يحدث التبخر.
2. 2.مرشح الغبار أو الفاصل: يحمي الخط والمضخة من المسحوق المنجرف.
3. 3.المكثف: يبرّد البخار فيتكثف إلى سائل.
4. 4.خزان المتكثفات: يجمع الماء أو المذيب للتصريف أو الاسترجاع.
5. 5.مضخة التفريغ: تزيل الغاز غير القابل للتكثف والبخار المتبقي.
6. 6.كاسر التفريغ والأجهزة: مقياس ضغط أو مرسل ضغط، وصمام لتحرير التفريغ بأمان.

يوضع المكثف عمداً بين الوعاء والمضخة. فالبخار عند الضغط المنخفض يشغل حجماً هائلاً، وتكثيفه أرخص بكثير من ضخّه.

الخطوة 1: احسب حمل البخار

حمل البخار هو كتلة السائل التي يجب أن تغادر المنتج كل ساعة. وبالنسبة للمجفف الدفعي، هو التبخر لكل دفعة مقسوماً على زمن التجفيف في مرحلة المعدل الثابت، وهي اللحظة التي يبلغ فيها الحمل ذروته.

التبخر لكل دفعة = الكتلة الرطبة ناقص الكتلة النهائية، حيث الكتلة النهائية = المواد الصلبة الجافة مقسومة على (1 ناقص كسر الرطوبة المستهدف).

مثلاً، 600 كغ من عجينة برطوبة 55 بالمئة جُففت إلى 5 بالمئة تترك 270 كغ من المواد الصلبة الجافة، وكتلة نهائية نحو 284 كغ، و316 كغ من الماء للتبخير. وإذا دامت مرحلة المعدل الثابت 3 ساعات فإن حمل البخار الأقصى نحو 105 كغ/ساعة.

الحمل الأقصى، لا المتوسط، هو الذي يحدد حجم المكثف. وتُحدَّد المضخة بحمل غير القابل للتكثف زائداً البخار المتبقي.

الخطوة 2: حدّد ضغط التشغيل

حدّد الضغط المطلق من أقصى درجة حرارة للمنتج باستخدام جدول نقطة الغليان. فإذا كان المنتج يبلغ 60 °م فضغط مطلق نحو 20 كيلوباسكال هدف معقول. تذكّر أن المواصفة هي الضغط المطلق؛ أما قراءة المقياس فتعتمد على الضغط الجوي المحلي.

كلما انخفض الضغط ازداد حجم البخار وصار المكثف والمضخة أكثر تطلباً. اختر أقل تفريغ يحمي المنتج، لا أعمق تفريغ متاح.

الخطوة 3: حدّد حجم المكثف

يزيل المكثف الحرارة. والقدرة هي حمل البخار مضروباً في الحرارة الكامنة للتبخر، وهي نحو 2,350 كيلوجول/كغ للماء عند 60 °م (نحو 0.65 كيلوواط لكل كغ/ساعة).

في المثال السابق، يحتاج 105 كغ/ساعة من بخار الماء إلى نحو 105 × 2,350 / 3,600 = نحو 69 كيلوواط من قدرة المكثف.

ثم افحص ثلاثة أمور:

• درجة حرارة سائل التبريد. يتكثف البخار عند درجة حرارة تشبعه لضغط الوعاء. عند 20 كيلوباسكال تبلغ نحو 60 °م للماء، فيعطي ماء التبريد عند 25 إلى 30 °م فرق حرارة مريحاً. وعند 5 كيلوباسكال يتشبع بخار الماء عند نحو 33 °م، فلن يكاد ماء التبريد عند 30 °م يكثفه وتحتاج إلى ماء مبرّد.
• مساحة انتقال الحرارة. المساحة = القدرة / (U × فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي المتوسط). يستخدم موردو المكثفات قيم U الخاصة بهم، وهي تعتمد على وجود غير القابل للتكثف، فاطلب منهم التحديد انطلاقاً من قدرتك وضغطك ودرجة حرارة سائل التبريد.
• هبوط الضغط. يجب أن يكون الخط من الوعاء إلى المكثف قصيراً وكبير القطر. عند الضغط المنخفض تسبب هبوطات الضغط الصغيرة خسائر كبيرة في مستوى التفريغ عند المنتج.

بالنسبة للمذيبات، استخدم الحرارة الكامنة ومنحنى التشبع للمذيب بدلاً من الماء. وقد تحتاج المذيبات الأقل غلياناً إلى مكثف مبرّد، أو مصيدة باردة ثانية، لمنعها من بلوغ المضخة.

الخطوة 4: حدّد حجم مضخة التفريغ

للمضخة مهمتان:

1. 1.إزالة الغاز غير القابل للتكثف. ويأتي من الهواء المتسرب إلى الوعاء ومن الغاز الذي يطلقه المنتج.
2. 2.إزالة البخار الذي لا يلتقطه المكثف. ويعتمد ذلك على مدى برودة المكثف بالنسبة إلى درجة حرارة تشبع البخار.

للتحديد، النهج المعتاد هو حساب معدل التسرب وإضافة هامش. يعتمد معدل التسرب على الوعاء وسدادات العمود وعدد الشفات والصمامات. وطريقة شائعة لقياس التسرب هي اختبار ارتفاع الضغط: اعزل الوعاء عند ضغط العمل وقِس سرعة ارتفاع الضغط. والنظام المتقن والنظيف تسربه منخفض.

اطلب من المورد حداً متفقاً عليه لارتفاع الضغط واختبره عند التشغيل التجريبي. وإذا كان الارتفاع المقاس أعلى بكثير من المتفق عليه فابحث عن التسرب قبل أن تلوم المضخة.

تُذكر سعة المضخة كتدفق حجمي عند ضغط سحب معين. تفقد المضخات سعتها عند ضغط السحب المنخفض، لذا استخدم منحنى السعة عند ضغط تشغيلك لا الرقم المعلن.

مقارنة أنواع المضخات

اختر المضخة أولاً بحسب المذيب، وثانياً بحسب مستوى التفريغ، وثالثاً بحسب التكلفة.

مثال محلول

الأرقام توضيحية وليست بيانات عملاء.

تُجفَّف عجينة صبغة في مجفف تحت التفريغ بحجم عمل 1,200 لتر. الكتلة الرطبة 600 كغ برطوبة 55 بالمئة، والهدف 5 بالمئة، والضغط المطلق 15 كيلوباسكال (يغلي الماء عند نحو 54 °م)، وحمل البخار الأقصى 105 كغ/ساعة.

1. 1.قدرة المكثف: نحو 69 كيلوواط. عند 15 كيلوباسكال يتكثف بخار الماء عند نحو 54 °م. وماء تبريد يدخل عند 30 °م ويخرج عند نحو 38 °م يعطي فرق حرارة لوغاريتمياً متوسطاً قرب 20 °م. وبمعامل انتقال حرارة كلي مفترض 500 واط/م²·كلفن لمكثف يحمل بعض غير القابل للتكثف، تكون المساحة = 69,000 / (500 × 20) = نحو 6.9 م². وسيقرّب المورد إلى الأعلى ويضيف هامشاً.
2. 2.حجم البخار لو ذهب كله إلى المضخة: عند 15 كيلوباسكال يبلغ حجم كغ واحد من بخار الماء نحو 10 م³، فيكون 105 كغ/ساعة نحو 1,050 م³/ساعة. وهذا أكبر بكثير مما تتحمله مضخة، ولهذا يهم المكثف.
3. 3.المضخة: مع مكثف محدد الحجم جيداً تتعامل المضخة مع التسرب وكسر صغير من البخار المتبقي. ومضخة بعدة عشرات من م³/ساعة عند ضغط سحب 15 كيلوباسكال نموذجية لهذا الحجم، وعلى المورد تأكيد ذلك بمنحنى سعته. وللخدمة النظيفة الخالية من المذيبات تُعدّ مضخة الحلقة السائلة خياراً شائعاً.

الأرقام للتوضيح. يجب أن يحدد المورد حجم المضخة والمكثف انطلاقاً من حمل البخار الفعلي والضغط وسائل التبريد والمذيب.

أخطاء شائعة ينبغي تجنبها

1. 1.تحديد المضخة لحمل البخار. يجب أن يتولى المكثف البخار. وتتولى المضخة الباقي.
2. 2.ذكر سعة المضخة عند الضغط الجوي. تنخفض السعة عند ضغط السحب المنخفض.
3. 3.تجاهل درجة حرارة سائل التبريد. قد يجعل سائل التبريد الدافئ المكثف عديم الفائدة عند التفريغ العميق.
4. 4.خطوط بخار طويلة وضيقة. هبوط الضغط عند الوعاء أعلى مما يُظهره المقياس عند المضخة.
5. 5.تجاهل التسرب. يحد التسرب من التفريغ الممكن. اختبر ارتفاع الضغط عند التشغيل التجريبي.
6. 6.استخدام مضخة خاطئة للمذيبات. قد تتلوث المضخات المحكمة بالزيت، وتتطلب المذيبات القابلة للاشتعال معدات مقاومة للانفجار.

ما ترسله مع طلب عرض السعر

• المنتج والمذيب والكمية المطلوب تبخيرها لكل دفعة أو في الساعة
• معدل التبخر الأقصى إن كان معروفاً
• الضغط المطلق المستهدف أو أقصى درجة حرارة للمنتج
• درجة حرارة ماء التبريد أو الماء المبرّد المتاح
• هل يلزم استرجاع المذيب
• تصنيف المنطقة الخطرة، إن وُجد

يُورَّد كخط كامل

تستطيع SINOTHERMO توريد المجفف كخط كامل: المجفف نفسه مع مضخة التفريغ والمكثف وخزان المتكثفات ومرشح الغبار ووحدات التسخين أو التبريد والتمديدات وأنظمة التحكم، متوافقة مع حمل البخار ومستوى التفريغ لديك. ويتجنب تحديد حجم النظام كله معاً المشكلة الشائعة لمجفف جيد مقترن بمضخة أصغر من اللازم أو مكثف دافئ أكثر من اللازم. أرسل إلينا منتجك ومهمتك ونحدد حجم الخط لك.

جرّب قبل تحديد المواصفات

تقيس التجربة التجريبية معدلات التبخر الفعلية والرغوة وحمل البخار على منتجك، وهي المدخلات لتحديد حجم نظام التفريغ. اطلب تجربة تجريبية والنتائج ملك لك ويمكن استخدامها مع أي مورّد. تصنّع SINOTHERMO المعدات وتبيعها ولا تقدم خدمة التجفيف بالتعاقد. أما جانب المجفف فراجع تقنية التجفيف بالتوصيل وصفحة تقنية التجفيف تحت التفريغ.

الأسئلة الشائعة

كيف أحدد حجم مضخة التفريغ لمجفف تحت التفريغ؟

احسب حمل غير القابل للتكثف من تسرب الوعاء وتحرر الغازات من المنتج، وأضف البخار المتبقي غير المتكثف، ثم اختر مضخة توفر هذه السعة عند ضغط السحب التشغيلي لديك مع هامش.

هل أحتاج إلى مكثف في المجفف تحت التفريغ؟

في كل الحالات تقريباً، نعم. يزيل المكثف معظم البخار على هيئة سائل، ويحمي المضخة، ويتيح استرجاع المذيب.

ما أفضل مضخة تفريغ للمجفف تحت التفريغ؟

يعتمد ذلك على المذيب ومستوى التفريغ. تناسب مضخات الحلقة السائلة الخدمة الرطبة المائية. وتناسب المضخات اللولبية الجافة المذيبات والخدمة النظيفة. وتناسب المضخات الريشية المحكمة بالزيت الخدمة الجافة النظيفة خلف مكثف جيد.

ما مستوى التفريغ الذي أحتاجه؟

استخدم أقل تفريغ يُبقي المنتج دون أقصى درجة حرارة له. ويعطي جدول نقطة الغليان الضغط لدرجة حرارة مستهدفة.

ما درجة حرارة التبريد التي يحتاجها المكثف؟

أبرد من درجة حرارة تشبع البخار عند ضغط الوعاء، مع هامش. يتشبع بخار الماء عند 5 كيلوباسكال عند نحو 33 °م، لذا يحتاج التفريغ العميق إلى ماء مبرّد.

كيف أفحص التسرب؟

اعزل الوعاء عند تفريغ العمل وقِس سرعة ارتفاع الضغط. يشير معدل الارتفاع المرتفع إلى وجود تسرب.

هل تقدم SINOTHERMO خدمة التجفيف بالتعاقد؟

لا. تصنّع SINOTHERMO معدات التجفيف وتبيعها وتقدم تجارب تجريبية مدفوعة.