진공 건조기용 진공 펌프와 응축기 용량 산정: 실무 엔지니어링 가이드

진공 건조기의 진공 시스템은 세 가지 수치로 용량을 정합니다. 제거해야 할 증기 부하(시간당 물 또는 용제 kg), 유지해야 할 절대압, 그리고 용기의 누설률입니다. 응축기는 증기의 대부분을 응축해 제거하고, 펌프는 비응축성 가스(공기 누설)와 응축기가 잡지 못한 증기를 제거합니다. 펌프 종류는 용제로 고르고, 응축기는 사용 가능한 냉각 매체 온도에서의 용제 증기압에 맞춰 항상 용량을 정하세요.

간단한 배경: 건조기는 진공 시스템만큼만 좋다

진공 건조기의 가열면은 열이 제품에 얼마나 빨리 들어가는지를 결정합니다. 진공 시스템은 증기가 빠져나갈 수 있는지를 결정합니다. 증기가 충분히 빨리 빠져나가지 못하면 용기 압력이 오르고, 끓는점도 함께 오르며, 건조가 느려집니다. 성능이 낮은 건조기의 상당수는 가열면은 괜찮지만 진공 시스템이 너무 작거나, 응축기의 냉각 매체가 너무 따뜻합니다.

이 가이드는 시스템 용량을 정하는 방법을 설명합니다. 압력과 온도의 관계를 다룬 진공에서 물의 끓는점과 건조기 선택을 다룬 진공 건조 장비: 소재별 선택 방법의 후속편입니다.

진공 시스템 구성

표준 진공 건조기 시스템은 다음 순서로 구성됩니다.

1. 1.건조기 용기: 증발이 일어나는 곳.
2. 2.분진 필터 또는 분리기: 배관과 펌프를 비산한 분말로부터 보호합니다.
3. 3.응축기: 증기를 냉각해 액체로 응축시킵니다.
4. 4.응축수 수용기: 물 또는 용제를 모아 배출하거나 회수합니다.
5. 5.진공 펌프: 비응축성 가스와 잔류 증기를 제거합니다.
6. 6.진공 해제 밸브와 계기: 압력계 또는 압력 전송기, 그리고 진공을 안전하게 풀기 위한 밸브.

응축기는 일부러 용기와 펌프 사이에 놓입니다. 저압의 증기는 부피가 엄청나서, 펌프로 빨아내는 것보다 응축시키는 편이 훨씬 저렴합니다.

1단계: 증기 부하 계산

증기 부하는 매시간 제품에서 빠져나가야 하는 액체의 질량입니다. 배치식 건조기에서는 배치당 증발량을, 부하가 최고조인 항률 건조 구간의 건조 시간으로 나눈 값입니다.

배치당 증발량 = 젖은 질량 − 최종 질량, 여기서 최종 질량 = 건조 고형분 ÷ (1 − 목표 수분율).

예를 들어 수분 55퍼센트인 페이스트 600 kg을 5퍼센트까지 건조하면 건조 고형분 270 kg, 최종 질량 약 284 kg, 증발시킬 물 316 kg이 남습니다. 항률 건조 구간이 3시간이면 최대 증기 부하는 약 105 kg/h입니다.

응축기 크기를 정하는 것은 평균이 아니라 최대 부하입니다. 펌프는 비응축성 부하에 잔류 증기를 더해 정합니다.

2단계: 운전 압력 결정

끓는점 표를 이용해 제품의 최고 온도로부터 절대압을 정하세요. 제품이 60 °C까지 올라가도 된다면 약 20 kPa의 절대압이 합리적인 목표입니다. 사양은 절대압이라는 점을 기억하세요. 압력계 측정값은 현지 대기압에 따라 달라집니다.

압력이 낮을수록 증기 부피가 커지고 응축기와 펌프에 대한 요구가 까다로워집니다. 가능한 가장 깊은 진공이 아니라 제품을 보호하는 최소한의 진공을 고르세요.

3단계: 응축기 용량 산정

응축기는 열을 제거합니다. 능력은 증기 부하에 증발 잠열을 곱한 값이며, 60 °C의 물에서 약 2,350 kJ/kg입니다(kg/h당 약 0.65 kW).

앞의 예에서 수증기 105 kg/h에는 약 105 x 2,350 / 3,600 = 약 69 kW의 응축기 능력이 필요합니다.

그다음 세 가지를 확인합니다.

• 냉각 매체 온도. 증기는 용기 압력에 해당하는 포화 온도에서 응축합니다. 20 kPa에서 물은 약 60 °C이므로 25–30 °C의 냉각수면 온도차가 충분합니다. 5 kPa에서 수증기는 약 33 °C에서 포화하므로 30 °C의 냉각수로는 거의 응축되지 않아 냉수(칠러수)가 필요합니다.
• 전열 면적. 면적 = 능력 / (U x 대수 평균 온도차). 응축기 공급업체는 자체 U 값을 사용하며, 이는 비응축성 가스의 존재에 따라 달라지므로 고객의 능력, 압력, 냉각 매체 온도로 용량을 정해 달라고 요청하세요.
• 압력 손실. 용기에서 응축기까지의 배관은 짧고 지름이 커야 합니다. 저압에서는 작은 압력 손실도 제품 쪽 진공도를 크게 떨어뜨립니다.

용제의 경우 물 대신 해당 용제의 잠열과 포화 곡선을 사용하세요. 끓는점이 낮은 용제는 펌프에 도달하지 않도록 냉동식 응축기나 두 번째 콜드 트랩이 필요할 수 있습니다.

4단계: 진공 펌프 용량 산정

펌프에는 두 가지 임무가 있습니다.

1. 1.비응축성 가스 제거. 용기로 새어 들어오는 공기와 제품이 방출하는 가스에서 나옵니다.
2. 2.응축기가 잡지 못한 증기 제거. 응축기가 증기의 포화 온도에 비해 얼마나 차가운지에 따라 달라집니다.

용량 산정에서는 보통 누설률을 계산하고 여유를 더합니다. 누설률은 용기, 축 실, 플랜지와 밸브의 수에 따라 달라집니다. 누설을 정량화하는 일반적인 방법은 압력 상승 시험입니다. 용기를 작업 압력에서 격리하고 압력이 얼마나 빨리 오르는지 측정합니다. 잘 만들어진 청결한 시스템은 누설이 적습니다.

공급업체와 압력 상승 한도를 합의하고 시운전에서 시험하세요. 측정된 상승이 합의치보다 훨씬 높다면 펌프를 탓하기 전에 누설 부위를 찾으세요.

펌프 용량은 주어진 흡입 압력에서의 체적 유량으로 표기됩니다. 펌프는 흡입 압력이 낮으면 용량이 떨어지므로, 카탈로그 수치가 아니라 운전 압력에서의 용량 곡선을 사용하세요.

펌프 종류 비교

펌프는 먼저 용제로, 두 번째로 진공 수준으로, 세 번째로 비용으로 고르세요.

계산 예시

수치는 설명용이며 고객 데이터가 아닙니다.

안료 페이스트를 작업 용적 1,200 L의 진공 건조기에서 건조합니다. 젖은 질량 600 kg(수분 55퍼센트), 목표 5퍼센트, 절대압 15 kPa(물은 약 54 °C에서 끓음), 최대 증기 부하 105 kg/h입니다.

1. 1.응축기 능력: 약 69 kW. 15 kPa에서 수증기는 약 54 °C에서 응축합니다. 30 °C로 들어가 약 38 °C로 나오는 냉각수는 약 20 °C에 가까운 대수 평균 온도차를 줍니다. 비응축성 가스를 일부 포함하는 응축기를 가정한 총괄 열전달 계수 500 W/m²K에서 면적 = 69,000 / (500 x 20) = 약 6.9 m². 공급업체는 올림하고 여유를 더할 것입니다.
2. 2.전부 펌프로 갔을 경우의 증기 부피: 15 kPa에서 수증기 1 kg은 약 10 m³이므로 105 kg/h는 약 1,050 m³/h가 됩니다. 펌프로는 너무 큰 양이며, 그래서 응축기가 중요합니다.
3. 3.펌프: 용량이 적절한 응축기가 있으면 펌프는 누설과 소량의 잔류 증기를 처리합니다. 이 규모에서는 흡입 압력 15 kPa에서 수십 m³/h 정도의 펌프가 일반적이며, 공급업체가 용량 곡선으로 확인해야 합니다. 용제가 없는 청정 조건에서는 액봉식 펌프가 흔한 선택입니다.

수치는 설명용입니다. 펌프와 응축기는 실제 증기 부하, 압력, 냉각 매체, 용제를 바탕으로 공급업체가 용량을 정해야 합니다.

피해야 할 흔한 실수

1. 1.펌프를 증기 부하에 맞춰 선정하기. 증기는 응축기가 처리해야 합니다. 펌프는 나머지를 처리합니다.
2. 2.펌프 용량을 대기압에서 표기하기. 흡입 압력이 낮으면 용량이 떨어집니다.
3. 3.냉각 매체 온도를 무시하기. 따뜻한 냉각 매체는 깊은 진공에서 응축기를 쓸모없게 만들 수 있습니다.
4. 4.길고 가는 증기 배관. 용기에서의 압력 손실은 펌프 쪽 압력계가 보여 주는 값보다 큽니다.
5. 5.누설을 무시하기. 누설은 도달 가능한 진공을 제한합니다. 시운전에서 압력 상승을 시험하세요.
6. 6.용제에 맞지 않는 펌프 사용하기. 오일 봉입 펌프는 오염될 수 있고, 인화성 용제에는 방폭 장비가 필요합니다.

견적 요청 시 보낼 정보

• 제품, 용제, 배치당 또는 시간당 증발시킬 양
• 알고 있다면 최대 증발 속도
• 목표 절대압 또는 제품 최고 온도
• 사용 가능한 냉각수 또는 냉수 온도
• 용제 회수가 필요한지 여부
• 해당되는 경우 위험 구역 등급

완성 라인으로 공급

SINOTHERMO는 건조기를 완성 라인으로 공급할 수 있습니다. 건조기 본체에 더해 진공 펌프, 응축기, 응축수 수용기, 분진 필터, 가열·냉각 장치, 배관, 제어까지 고객의 증기 부하와 진공 수준에 맞춰 구성합니다. 시스템 전체를 함께 용량 산정하면 좋은 건조기에 너무 작은 펌프나 너무 따뜻한 응축기가 짝지어지는 흔한 문제를 피할 수 있습니다. 제품과 용도를 보내 주시면 라인 용량을 산정해 드립니다.

사양을 정하기 전에 시험하세요

파일럿 시험은 고객 제품에서 실제 증발 속도, 발포, 증기 부하를 측정하며, 이는 진공 시스템 용량 산정의 입력값입니다. 파일럿 시험 요청; 결과는 고객의 것이며 어떤 공급업체와도 사용할 수 있습니다. SINOTHERMO는 장비를 제조·판매하며 위탁 건조는 제공하지 않습니다. 건조기 쪽은 전도 건조 기술과 진공 건조 기술 페이지를 참조하세요.

자주 묻는 질문

진공 건조기용 진공 펌프 용량은 어떻게 정하나요?

용기 누설과 제품의 가스 방출로부터 비응축성 부하를 계산하고, 응축되지 않은 잔류 증기를 더한 뒤, 운전 흡입 압력에서 그 용량을 내는 펌프를 여유를 두고 선택합니다.

진공 건조기에 응축기가 필요한가요?

거의 모든 경우에 필요합니다. 응축기는 증기의 대부분을 액체로 제거하고, 펌프를 보호하며, 용제 회수를 가능하게 합니다.

진공 건조기에는 어떤 진공 펌프가 가장 좋나요?

용제와 진공 수준에 따라 다릅니다. 액봉식 펌프는 수계 습식 조건에 적합합니다. 드라이 스크루 펌프는 용제와 청정 조건에 적합합니다. 오일 봉입 베인 펌프는 좋은 응축기 뒤의 건식·청정 조건에 적합합니다.

어느 정도의 진공 수준이 필요한가요?

제품을 최고 온도 아래로 유지하는 가장 낮은 진공을 사용하세요. 끓는점 표가 목표 온도에 대한 압력을 알려 줍니다.

응축기에는 어느 정도의 냉각 온도가 필요한가요?

용기 압력에서의 증기 포화 온도보다 여유를 두고 더 낮아야 합니다. 5 kPa의 수증기는 약 33 °C에서 포화하므로, 깊은 진공에는 냉수가 필요합니다.

누설은 어떻게 확인하나요?

용기를 작업 진공에서 격리하고 압력이 얼마나 빨리 오르는지 측정합니다. 상승률이 높으면 누설을 뜻합니다.

SINOTHERMO는 위탁 건조를 제공하나요?

아니요. SINOTHERMO는 건조 장비를 제조·판매하며 유료 파일럿 시험을 제공합니다.