Menentukan Ukuran Spray Dryer: Cara Menghitung Kapasitas Penguapan, Daya Pemanas, dan Aliran Udara

Spray dryer ditentukan ukurannya berdasarkan kapasitas penguapan, yaitu kilogram air yang dihilangkan per jam, bukan berdasarkan keluaran bubuk atau tinggi menara. Untuk menentukan ukurannya, ubah keluaran bubuk yang dibutuhkan menjadi air yang harus diuapkan menggunakan kadar padatan umpan, lalu perkirakan panas dan aliran udara yang dibutuhkan dari suhu masuk dan keluar. Perhitungan di bawah ini adalah perkiraan awal; uji coba pilot dan desain pemasok mengonfirmasi mesin akhir.

Banyak masalah penawaran dimulai dari angka yang salah. Pembeli yang meminta “spray dryer 100 kg/jam” bisa berarti 100 kg/jam bubuk, 100 kg/jam umpan, atau 100 kg/jam air yang diuapkan, dan angka-angka ini berbeda dua kali lipat atau lebih. Panduan ini menunjukkan cara mengubah target proses Anda menjadi angka yang penting, dengan contoh hitungan yang dapat Anda sesuaikan.

Konteks singkat: mengapa kapasitas penguapan adalah angka penentu ukuran

Hampir seluruh energi dan sebagian besar ukuran peralatan spray dryer ditentukan oleh seberapa banyak air yang harus keluar dari tetesan. Hal itu menentukan masukan panas, aliran udara, volume ruang yang dibutuhkan untuk waktu tinggal, serta ukuran kipas dan sistem pengumpulan. Dua pengering dengan tinggi ruang yang sama dapat memiliki laju penghilangan air yang sangat berbeda, tergantung suhu dan aliran gas.

Karena itu, rentang model diberi label menurut penguapan. Spray dryer tekanan SINOTHERMO berkisar dari YPG-50 dengan 50 kg/jam hingga YPG-1000 dengan 1.000 kg/jam, dan spray dryer sentrifugal berkisar dari LPG-25 dengan 25 kg/jam hingga rentang LPG-200-2000 dengan 200 hingga 2.000 kg/jam air.

Langkah 1: Tentukan kebutuhan Anda

Kumpulkan masukan ini sebelum menghitung.

Pilih T_in dan T_out berdasarkan batas produk Anda. Jika belum yakin caranya, baca dulu panduan suhu masuk dan keluar spray drying.

Langkah 2: Ubah keluaran bubuk menjadi umpan dan air yang diuapkan

1. 1.Padatan kering dalam bubuk: P × (1 − w_p) = 100 × (1 − 0,04) = 96 kg/jam padatan.
2. 2.Laju umpan yang dibutuhkan: padatan ÷ fraksi padatan umpan = 96 ÷ 0,30 = 320 kg/jam umpan.
3. 3.Air yang masuk bersama umpan: 320 − 96 = 224 kg/jam.
4. 4.Air yang tersisa dalam bubuk: 100 − 96 = 4 kg/jam.
5. 5.Air yang diuapkan: 224 − 4 = 220 kg/jam.

Pemeriksaan: umpan 320 kg/jam = bubuk 100 kg/jam + air teruap 220 kg/jam. Neraca seimbang.

Inilah hasil utamanya: tugas ini membutuhkan pengering dengan peringkat sekitar 220 kg/jam penguapan pada suhu operasi Anda, bukan “pengering 100 kg/jam”.

Konsekuensi yang berguna: kadar padatan umpan berpengaruh besar. Pada padatan 20 persen, 96 kg/jam padatan yang sama membutuhkan 480 kg/jam umpan dan sekitar 380 kg/jam penguapan. Menaikkan kadar padatan dari 20 menjadi 30 persen memangkas beban penguapan lebih dari sepertiga, sehingga memekatkan umpan sebelum disemprot, misalnya dengan evaporasi, menghemat ukuran pengering dan energi, selama umpan tetap dapat dipompa dan disemprot.

Langkah 3: Perkirakan panas yang dibutuhkan

Panas yang dibutuhkan terdiri dari tiga bagian.

1. 1.Menguapkan air. Kalor laten air pada kondisi spray drying kira-kira 2.400 kJ/kg (sekitar 2.260 pada 100 °C dan lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah). Untuk 220 kg/jam: 220 × 2.400 = 528.000 kJ/jam, sekitar 147 kW.
2. 2.Memanaskan umpan ke suhu pengeringan. Asumsikan kalor jenis sekitar 3,5 kJ/kg·K untuk umpan dengan padatan 30 persen, dipanaskan dari 20 °C ke sekitar 50 °C: 320 × 3,5 × 30 = 33.600 kJ/jam, sekitar 9 kW.
3. 3.Memanaskan bubuk kering. 96 kg/jam × 1,5 kJ/kg·K × sekitar 60 K = sekitar 8.600 kJ/jam, sekitar 2,4 kW.

Panas berguna sekitar 147 + 9 + 2,4 = sekitar 158 kW. Tambahkan kehilangan panas dari ruang dan saluran. Angka 10 hingga 15 persen tipikal untuk unit berinsulasi, tetapi perlu dikonfirmasi untuk desain Anda, sehingga didapat sekitar 180 kW yang harus dilepaskan gas antara masuk dan keluar.

Langkah 4: Perkirakan aliran udara

Gas melepaskan panas saat mendingin dari T_in ke T_out. Dengan kalor jenis sekitar 1,05 kJ/kg·K untuk udara lembap:

Laju massa udara = panas yang dilepaskan ÷ (c_p × (T_in − T_out)) = (180 kW × 3.600 kJ/kW·jam) ÷ (1,05 × (200 − 90)) = 648.000 ÷ 115,5 = sekitar 5.600 kg/jam udara kering.

Pada massa jenis ambien sekitar 1,2 kg/m³, itu sekitar 4.700 m³/jam pada kondisi ambien. Kipas harus menangani volume yang lebih besar pada kondisi keluar yang panas, sehingga pemasok akan menentukan ukuran kipas untuk volume gas buang sebenarnya.

Periksa kelembapan gas buang: 220 kg/jam air dalam 5.600 kg/jam udara menambah sekitar 0,04 kg air per kg udara kering, jauh di bawah titik jenuh pada 90 °C, sehingga gas buang jauh dari kondensasi.

Langkah 5: Perkirakan ukuran pemanas

Pemanas harus menaikkan udara dari suhu ambien ke suhu masuk:

Daya pemanas = aliran udara × c_p × (T_in − T_a) = 5.600 × 1,006 × 180 ÷ 3.600 = sekitar 280 kW.

Ini lebih besar daripada 180 kW yang dipakai ruang, karena udara buang keluar pada 90 °C dan membawa panas. Itulah alasan pemulihan panas pada gas buang layak dipertimbangkan pada skala yang lebih besar.

Pemeriksaan kewajaran terhadap data terpublikasi. Spray dryer tekanan SINOTHERMO mencantumkan pemanas listrik 75, 120, dan 150 kW untuk YPG-50, YPG-100, dan YPG-150, yaitu sekitar 1,0 hingga 1,5 kW per kg/jam penguapan nominal. Contoh kita membutuhkan 280 ÷ 220 = sekitar 1,3 kW per kg/jam. Kedua angka berada pada orde besaran yang sama, dan itulah tujuan pemeriksaan ini. Data model juga bergantung pada suhu masuk, jadi gunakan hanya sebagai panduan.

Langkah 6: Pilih model, dengan margin

Anda membutuhkan sekitar 220 kg/jam penguapan pada suhu masuk 200 °C. Dari rentang spray dryer tekanan, model berikutnya dengan penguapan nominal yang cukup adalah YPG-300 (300 kg/jam). Sisakan margin desain agar pengering tidak berada pada peringkat maksimum setiap hari. Angka penguapan di halaman produk adalah nilai maksimum dan, untuk suhu masuk di bawah 200 °C, bergantung pada kebutuhan proses sebenarnya. Seberapa besar margin yang dipertahankan adalah keputusan desain yang perlu dikonfirmasi dengan pemasok.

Jika umpan Anda kental atau abrasif, atau Anda membutuhkan bubuk lebih halus, pilihan setara pada lini sentrifugal adalah model dalam rentang LPG-200-2000. Keputusan atomizer didahulukan; lihat atomisasi spray dryer.

Referensi cepat: apa yang mengubah jawabannya

Untuk umpan berbasis pelarut, lihat panduan spray dryer sirkuit tertutup.

Apa yang tidak ditunjukkan oleh perhitungan

Ini adalah perkiraan awal. Perhitungan ini tidak mencakup ukuran ruang yang dibutuhkan untuk waktu tinggal, yang bergantung pada ukuran tetesan dan laju pengeringan, maupun distribusi ukuran partikel, efisiensi pengumpulan siklon dan filter kantong, atau perilaku umpan yang lengket. Hal-hal itu berasal dari desain pemasok dan data uji coba.

Kesalahan umum yang perlu dihindari

Mencampuradukkan bubuk, umpan, dan air. Konfirmasikan secara tertulis angka mana yang Anda maksud. Penguapan dalam kg/jam air adalah basis standar.

Menggunakan throughput laboratorium untuk scale-up. Hasil laboratorium tidak naik skala secara linear. Gunakan data pilot.

Menerima penguapan nominal apa adanya. Angka nominal adalah nilai maksimum pada kondisi yang dinyatakan. Pada suhu masuk lebih rendah atau dengan umpan yang sulit, kapasitas sebenarnya lebih rendah.

Mengabaikan sumber panas. Opsi listrik, uap, gas, dan tungku udara panas memiliki biaya operasi yang berbeda. Daya pemanas dari perhitungan Anda memungkinkan Anda membandingkannya. Lihat panduan biaya spray dryer dan panduan mesin spray dryer.

Melewatkan uji coba. Kadar padatan umpan yang benar-benar dapat Anda semprot, dan suhu keluar yang dapat ditoleransi bubuk Anda, berasal dari pengujian. Laboratorium pengujian kami menjalankan uji coba pilot berbayar dan datanya langsung masuk ke perhitungan ini.

Kesimpulan

Tentukan ukuran spray dryer dari air yang harus diuapkannya. Ubah keluaran bubuk melalui padatan umpan menjadi penguapan, perkirakan panas dan aliran udara dari suhu Anda, lalu pilih model dengan margin. Kadar padatan umpan adalah tuas yang paling mengubah hasil.

Langkah berikutnya: Minta uji pilot dengan umpan Anda untuk mengonfirmasi kadar padatan, suhu keluar, dan sifat bubuk. Uji pilot adalah layanan berbayar, dan setelah itu kami dapat menentukan ukuran mesin produksi berdasarkan data terukur.

Pertanyaan yang sering diajukan

Bagaimana cara menentukan ukuran spray dryer?

Ubah keluaran bubuk yang dibutuhkan menjadi air yang harus diuapkan, menggunakan kadar padatan umpan dan kelembapan bubuk. Lalu perkirakan panas dan aliran udara dari suhu masuk dan keluar, dan pilih model berdasarkan kapasitas penguapan nominal dengan sedikit margin.

Apa itu kapasitas penguapan?

Massa air yang dapat dihilangkan pengering per jam, dalam kg/jam. Ini adalah basis penentuan ukuran standar untuk spray dryer karena menentukan masukan panas, aliran udara, dan ukuran peralatan.

Bagaimana cara menghitung air yang harus diuapkan?

Laju umpan sama dengan padatan kering dibagi fraksi padatan umpan. Air yang diuapkan sama dengan laju umpan dikurangi keluaran bubuk. Untuk 100 kg/jam bubuk berkelembapan 4 persen dari umpan berpadatan 30 persen, hasilnya sekitar 220 kg/jam.

Berapa banyak panas yang dibutuhkan spray dryer?

Kira-kira 2.400 kJ per kilogram air yang diuapkan untuk kalor laten, ditambah pemanasan umpan dan produk serta kehilangan. Pada contoh hitungan, daya pemanas sekitar 280 kW untuk penguapan 220 kg/jam, atau sekitar 1,3 kW per kg/jam.

Apakah kadar padatan umpan penting untuk penentuan ukuran?

Ya, sangat penting. Menaikkan padatan umpan dari 20 menjadi 30 persen memangkas beban penguapan lebih dari sepertiga untuk keluaran bubuk yang sama, selama umpan masih dapat dipompa dan diatomisasi.

Apakah perhitungannya tepat?

Tidak. Ini adalah perkiraan awal. Waktu tinggal, ukuran partikel, efisiensi pengumpulan, dan perilaku umpan dikonfirmasi oleh desain pemasok dan uji coba pilot.

Model SINOTHERMO mana yang cocok untuk penguapan 220 kg/jam?

Dari rentang spray dryer tekanan, YPG-300 dengan penguapan maksimum 300 kg/jam, dengan margin. Rentang sentrifugal LPG-200-2000 juga mencakup ukuran ini. Pilihan akhir bergantung pada atomizer, umpan, dan spesifikasi bubuk.