Penentuan ukuran pompa vakum dan kondensor untuk pengering vakum: panduan rekayasa praktis

Tentukan ukuran sistem vakum pengering vakum dari tiga angka: beban uap yang harus dibuang (kg air atau pelarut per jam), tekanan absolut yang harus dipertahankan, dan laju kebocoran bejana. Kondensor membuang sebagian besar uap dengan mengondensasikannya; pompa membuang gas tak terkondensasi (kebocoran udara) dan uap apa pun yang tidak tertangkap kondensor. Pilih jenis pompa berdasarkan pelarut, dan selalu tentukan ukuran kondensor untuk tekanan uap pelarut pada suhu pendingin yang tersedia.

Konteks singkat: pengering hanya sebaik sistem vakumnya

Permukaan pemanas pengering vakum menentukan seberapa cepat panas dapat masuk ke produk. Sistem vakum menentukan apakah uap dapat keluar. Jika uap tidak dapat keluar cukup cepat, tekanan di dalam bejana naik, titik didih naik bersamanya, dan pengeringan melambat. Banyak pengering yang berkinerja rendah memiliki permukaan pemanas yang baik tetapi sistem vakum yang terlalu kecil, atau kondensor dengan pendingin yang terlalu hangat.

Panduan ini menjelaskan cara menentukan ukuran sistem. Panduan ini melanjutkan titik didih air dalam vakum, yang memberi hubungan tekanan dan suhu, serta peralatan pengeringan vakum: cara memilih berdasarkan material, yang membahas pemilihan pengering.

Tata letak sistem vakum

Sistem pengering vakum standar berjalan dengan urutan ini:

1. 1.Bejana pengering: tempat penguapan terjadi.
2. 2.Filter debu atau separator: melindungi saluran dan pompa dari serbuk yang terbawa.
3. 3.Kondensor: mendinginkan uap sehingga mengembun menjadi cairan.
4. 4.Penampung kondensat: mengumpulkan air atau pelarut untuk dibuang atau dipulihkan.
5. 5.Pompa vakum: membuang gas tak terkondensasi dan uap sisa.
6. 6.Pemutus vakum dan instrumen: manometer atau transmitter tekanan, serta katup untuk melepas vakum dengan aman.

Kondensor sengaja diletakkan di antara bejana dan pompa. Uap pada tekanan rendah menempati volume sangat besar, dan jauh lebih murah mengondensasikannya daripada memompanya.

Langkah 1: hitung beban uap

Beban uap adalah massa cairan yang harus meninggalkan produk setiap jam. Untuk pengering batch, ini adalah penguapan per batch dibagi waktu pengeringan pada fase laju konstan, yaitu saat beban mencapai puncak.

Penguapan per batch = massa basah dikurangi massa akhir, di mana massa akhir = padatan kering dibagi (1 dikurangi fraksi kadar air target).

Misalnya, 600 kg pasta dengan kadar air 55 persen yang dikeringkan hingga 5 persen menyisakan 270 kg padatan kering, massa akhir sekitar 284 kg, dan 316 kg air yang harus diuapkan. Jika fase laju konstan berlangsung 3 jam, beban uap puncak sekitar 105 kg/jam.

Beban puncak, bukan rata-rata, yang menentukan ukuran kondensor. Pompa ditentukan oleh beban tak terkondensasi ditambah uap sisa.

Langkah 2: tentukan tekanan operasi

Tetapkan tekanan absolut dari suhu produk maksimum, menggunakan tabel titik didih. Jika produk dapat mencapai 60 °C, tekanan absolut sekitar 20 kPa adalah target yang wajar. Ingat bahwa spesifikasinya adalah tekanan absolut; bacaan manometer bergantung pada tekanan atmosfer lokal.

Makin rendah tekanan, makin besar volume uap dan makin berat tuntutan pada kondensor dan pompa. Pilih vakum paling sedikit yang melindungi produk, bukan vakum terdalam yang tersedia.

Langkah 3: tentukan ukuran kondensor

Kondensor membuang panas. Kapasitasnya adalah beban uap dikalikan kalor laten penguapan, yaitu sekitar 2,350 kJ/kg untuk air pada 60 °C (sekitar 0.65 kW per kg/jam).

Dengan contoh sebelumnya, 105 kg/jam uap air membutuhkan sekitar 105 x 2,350 / 3,600 = sekitar 69 kW kapasitas kondensor.

Lalu periksa tiga hal:

• Suhu pendingin. Uap mengembun pada suhu jenuhnya untuk tekanan bejana. Pada 20 kPa, itu sekitar 60 °C untuk air, sehingga air pendingin 25 hingga 30 °C memberi selisih suhu yang nyaman. Pada 5 kPa, uap air jenuh pada sekitar 33 °C, sehingga air pendingin 30 °C hampir tidak dapat mengembunkannya dan Anda memerlukan air dingin (chilled water).
• Luas perpindahan panas. Luas = kapasitas / (U x selisih suhu rata-rata logaritmik). Pemasok kondensor memakai nilai U mereka sendiri, yang bergantung pada keberadaan gas tak terkondensasi, jadi minta mereka menentukan ukuran dari kapasitas, tekanan, dan suhu pendingin Anda.
• Penurunan tekanan. Saluran dari bejana ke kondensor harus pendek dan berdiameter besar. Pada tekanan rendah, penurunan tekanan kecil menyebabkan kehilangan besar pada tingkat vakum di produk.

Untuk pelarut, gunakan kalor laten dan kurva kejenuhan pelarut sebagai ganti air. Pelarut bertitik didih lebih rendah mungkin memerlukan kondensor berpendingin, atau perangkap dingin kedua, agar tidak sampai ke pompa.

Langkah 4: tentukan ukuran pompa vakum

Pompa memiliki dua tugas:

1. 1.Membuang gas tak terkondensasi. Ini berasal dari udara yang bocor ke dalam bejana dan gas yang dilepas produk.
2. 2.Membuang uap yang tidak tertangkap kondensor. Ini bergantung pada seberapa dingin kondensor relatif terhadap suhu jenuh uap.

Untuk penentuan ukuran, pendekatan yang lazim adalah menghitung laju kebocoran dan menambah margin. Laju kebocoran bergantung pada bejana, seal poros, serta jumlah flensa dan katup. Cara umum mengukur kebocoran adalah uji kenaikan tekanan: isolasi bejana pada tekanan kerja dan ukur seberapa cepat tekanan naik. Sistem yang dibuat baik dan bersih memiliki kebocoran rendah.

Minta pemasok menyepakati batas kenaikan tekanan dan uji saat commissioning. Jika kenaikan terukur jauh lebih tinggi dari yang disepakati, cari kebocorannya sebelum menyalahkan pompa.

Kapasitas pompa dinyatakan sebagai laju alir volumetrik pada tekanan hisap tertentu. Pompa kehilangan kapasitas pada tekanan hisap rendah, jadi gunakan kurva kapasitas pada tekanan operasi Anda, bukan angka brosur.

Perbandingan jenis pompa

Pilih pompa pertama-tama dari pelarut, kedua dari tingkat vakum, dan ketiga dari biaya.

Contoh perhitungan

Angka bersifat ilustratif, bukan data pelanggan.

Pasta pigmen dikeringkan dalam pengering vakum dengan volume kerja 1,200 L. Massa basah 600 kg dengan kadar air 55 persen, target 5 persen, tekanan absolut 15 kPa (air mendidih sekitar 54 °C), beban uap puncak 105 kg/jam.

1. 1.Kapasitas kondensor: sekitar 69 kW. Pada 15 kPa, uap air mengembun pada sekitar 54 °C. Air pendingin masuk 30 °C dan keluar sekitar 38 °C memberi selisih suhu rata-rata logaritmik mendekati 20 °C. Dengan koefisien perpindahan panas keseluruhan yang diasumsikan 500 W/m²K untuk kondensor yang membawa sedikit gas tak terkondensasi, luas = 69,000 / (500 x 20) = sekitar 6.9 m². Pemasok akan membulatkan ke atas dan menambah margin.
2. 2.Volume uap jika semuanya masuk ke pompa: pada 15 kPa, satu kg uap air sekitar 10 m³, sehingga 105 kg/jam akan sekitar 1,050 m³/jam. Itu jauh terlalu besar untuk pompa, dan itulah mengapa kondensor penting.
3. 3.Pompa: dengan kondensor yang ukurannya tepat, pompa menangani kebocoran dan sebagian kecil uap sisa. Pompa dengan beberapa puluh m³/jam pada tekanan hisap 15 kPa lazim untuk skala ini, dan pemasok harus mengonfirmasinya dengan kurva kapasitasnya. Untuk layanan bersih tanpa pelarut, pompa cincin cair adalah pilihan umum.

Angka-angka ini hanya ilustrasi. Pompa dan kondensor harus ditentukan ukurannya oleh pemasok dari beban uap, tekanan, pendingin, dan pelarut yang sebenarnya.

Kesalahan umum yang perlu dihindari

1. 1.Menentukan ukuran pompa untuk beban uap. Kondensor harus menangani uap. Pompa menangani sisanya.
2. 2.Menyebut kapasitas pompa pada tekanan atmosfer. Kapasitas turun pada tekanan hisap rendah.
3. 3.Mengabaikan suhu pendingin. Pendingin hangat dapat membuat kondensor tidak berguna pada vakum dalam.
4. 4.Saluran uap panjang dan sempit. Penurunan tekanan di bejana lebih tinggi daripada yang ditunjukkan manometer di pompa.
5. 5.Mengabaikan kebocoran. Kebocoran membatasi vakum yang dapat dicapai. Uji kenaikan tekanan saat commissioning.
6. 6.Memakai pompa yang salah untuk pelarut. Pompa berpenyegel oli dapat terkontaminasi, dan pelarut mudah terbakar memerlukan peralatan tahan ledakan.

Yang perlu dikirim bersama permintaan penawaran

• Produk, pelarut, dan jumlah yang diuapkan per batch atau per jam
• Laju penguapan puncak jika diketahui
• Tekanan absolut target atau suhu produk maksimum
• Suhu air pendingin atau air dingin yang tersedia
• Apakah pemulihan pelarut diperlukan
• Klasifikasi area berbahaya, jika ada

Dipasok sebagai lini lengkap

SINOTHERMO dapat memasok pengering sebagai lini lengkap: pengeringnya sendiri ditambah pompa vakum, kondensor, penampung kondensat, filter debu, unit pemanas atau pendingin, perpipaan, dan kontrol, disesuaikan dengan beban uap dan tingkat vakum Anda. Menentukan ukuran seluruh sistem bersama-sama menghindari masalah umum pengering yang bagus dipasangkan dengan pompa yang terlalu kecil atau kondensor yang terlalu hangat. Kirim produk dan kebutuhan Anda kepada kami dan kami akan menentukan ukuran lini untuk Anda.

Uji sebelum menetapkan spesifikasi

Uji coba pilot mengukur laju penguapan, pembentukan busa, dan beban uap nyata pada produk Anda, yang menjadi masukan untuk menentukan ukuran sistem vakum. Minta uji coba pilot dan hasilnya milik Anda serta dapat dipakai dengan pemasok mana pun. SINOTHERMO membuat dan menjual peralatan dan tidak menawarkan jasa pengeringan kontrak. Untuk sisi pengering, lihat teknologi pengeringan konduksi dan halaman teknologi pengeringan vakum.

Pertanyaan yang sering diajukan

Bagaimana menentukan ukuran pompa vakum untuk pengering vakum?

Hitung beban tak terkondensasi dari kebocoran bejana dan pelepasan gas produk, tambahkan uap sisa yang tidak terkondensasi, lalu pilih pompa yang memberikan kapasitas itu pada tekanan hisap operasi Anda, dengan margin.

Apakah pengering vakum memerlukan kondensor?

Hampir selalu ya. Kondensor membuang sebagian besar uap sebagai cairan, melindungi pompa, dan memungkinkan pemulihan pelarut.

Pompa vakum mana yang terbaik untuk pengering vakum?

Bergantung pada pelarut dan tingkat vakum. Pompa cincin cair cocok untuk layanan basah berbasis air. Pompa sekrup kering cocok untuk pelarut dan layanan bersih. Pompa baling-baling berpenyegel oli cocok untuk layanan kering dan bersih di belakang kondensor yang baik.

Tingkat vakum apa yang saya perlukan?

Gunakan vakum terendah yang menjaga produk di bawah suhu maksimumnya. Tabel titik didih memberi tekanan untuk suhu target.

Suhu pendingin apa yang diperlukan kondensor?

Lebih dingin daripada suhu jenuh uap pada tekanan bejana, dengan margin. Uap air pada 5 kPa jenuh pada sekitar 33 °C, sehingga vakum dalam memerlukan air dingin.

Bagaimana memeriksa kebocoran?

Isolasi bejana pada vakum kerja dan ukur seberapa cepat tekanan naik. Laju kenaikan yang tinggi menunjukkan adanya kebocoran.

Apakah SINOTHERMO menawarkan jasa pengeringan kontrak?

Tidak. SINOTHERMO membuat dan menjual peralatan pengeringan serta menawarkan uji coba pilot berbayar.