Подбор распылительной сушилки: расчёт испарительной способности, мощности нагрева и расхода воздуха

Распылительную сушилку подбирают по испарительной способности, то есть по количеству килограммов воды, удаляемой за час, а не по выходу порошка или высоте башни. Чтобы подобрать её, переведите требуемый выход порошка в испаряемую воду по содержанию сухих веществ в сырье, затем оцените необходимое тепло и расход воздуха по температурам на входе и выходе. Приведённый ниже расчёт — первая оценка; окончательную машину подтверждают пилотные испытания и проект поставщика.

Многие проблемы с коммерческими предложениями начинаются с неправильной цифры. Покупатель, запрашивающий «распылительную сушилку на 100 кг/ч», может иметь в виду 100 кг/ч порошка, 100 кг/ч сырья или 100 кг/ч испаряемой воды, а эти значения различаются в два раза и более. В этом руководстве показано, как перевести цель процесса в нужное число, на рабочем примере, который можно адаптировать.

Краткий контекст: почему испарительная способность — основа подбора

Почти вся энергия и большая часть размера оборудования распылительной сушилки определяются тем, сколько воды должно покинуть капли. От этого зависят подвод тепла, расход воздуха, объём камеры для нужного времени пребывания, размер вентилятора и системы улавливания. Две сушилки с одинаковой высотой камеры могут иметь очень разную производительность по воде в зависимости от температуры и расхода газа.

Поэтому линейки моделей обозначают по испарению. Распылительная сушилка высокого давления SINOTHERMO охватывает диапазон от YPG-50 с 50 кг/ч до YPG-1000 с 1 000 кг/ч, а центробежная распылительная сушилка — от LPG-25 с 25 кг/ч до серии LPG-200-2000 с 200–2 000 кг/ч воды.

Шаг 1: определите, что вам нужно

Соберите эти исходные данные до расчёта.

Выберите T_in и T_out по пределам вашего продукта. Если не уверены, как, сначала прочитайте руководство по температурам на входе и выходе при распылительной сушке.

Шаг 2: переведите выход порошка в расход сырья и испаряемую воду

1. 1.Сухие вещества в порошке: P × (1 − w_p) = 100 × (1 − 0,04) = 96 кг/ч сухих веществ.
2. 2.Необходимый расход сырья: сухие вещества ÷ доля сухих веществ в сырье = 96 ÷ 0,30 = 320 кг/ч сырья.
3. 3.Вода, поступающая с сырьём: 320 − 96 = 224 кг/ч.
4. 4.Вода, остающаяся в порошке: 100 − 96 = 4 кг/ч.
5. 5.Вода к испарению: 224 − 4 = 220 кг/ч.

Проверка: сырьё 320 кг/ч = порошок 100 кг/ч + испарённая вода 220 кг/ч. Баланс сходится.

Это ключевой результат: для этой задачи нужна сушилка, рассчитанная примерно на 220 кг/ч испарения при ваших рабочих температурах, а не «сушилка на 100 кг/ч».

Полезное следствие: содержание сухих веществ в сырье сильно влияет на результат. При 20 процентах сухих веществ те же 96 кг/ч сухих веществ требуют 480 кг/ч сырья и около 380 кг/ч испарения. Повышение содержания сухих веществ с 20 до 30 процентов снижает испарительную нагрузку более чем на треть, поэтому концентрирование сырья перед распылением, например выпариванием, экономит размер сушилки и энергию при условии, что сырьё остаётся перекачиваемым и распыляемым.

Шаг 3: оцените необходимое тепло

Необходимое тепло складывается из трёх частей.

1. 1.Испарение воды. Скрытая теплота воды в условиях распылительной сушки составляет примерно 2 400 кДж/кг (около 2 260 при 100 °C и больше при более низких температурах). Для 220 кг/ч: 220 × 2 400 = 528 000 кДж/ч, около 147 кВт.
2. 2.Нагрев сырья до температуры сушки. Примите удельную теплоёмкость около 3,5 кДж/кг·К для сырья с 30 процентами сухих веществ, нагреваемого с 20 °C примерно до 50 °C: 320 × 3,5 × 30 = 33 600 кДж/ч, около 9 кВт.
3. 3.Нагрев сухого порошка. 96 кг/ч × 1,5 кДж/кг·К × около 60 К = около 8 600 кДж/ч, около 2,4 кВт.

Полезное тепло составляет около 147 + 9 + 2,4 = около 158 кВт. Добавьте тепловые потери камеры и воздуховодов. Для изолированной установки типичны 10–15 процентов, но значение нужно подтвердить для вашего проекта; получается примерно 180 кВт, которые газ должен отдать между входом и выходом.

Шаг 4: оцените расход воздуха

Газ отдаёт тепло, остывая от T_in до T_out. При удельной теплоёмкости около 1,05 кДж/кг·К для влажного воздуха:

Массовый расход воздуха = отданное тепло ÷ (c_p × (T_in − T_out)) = (180 кВт × 3 600 кДж/кВт·ч) ÷ (1,05 × (200 − 90)) = 648 000 ÷ 115,5 = около 5 600 кг/ч сухого воздуха.

При плотности воздуха около 1,2 кг/м³ это около 4 700 м³/ч при окружающих условиях. Вентилятор должен справляться с большим объёмом при горячих условиях на выходе, поэтому поставщик подберёт его по фактическому объёму отходящего воздуха.

Проверьте влажность отходящего воздуха: 220 кг/ч воды в 5 600 кг/ч воздуха добавляют около 0,04 кг воды на кг сухого воздуха, что намного ниже насыщения при 90 °C, поэтому до конденсации отходящему воздуху далеко.

Шаг 5: оцените мощность нагревателя

Нагреватель должен поднять температуру воздуха от окружающей до температуры на входе:

Мощность нагревателя = расход воздуха × c_p × (T_in − T_a) = 5 600 × 1,006 × 180 ÷ 3 600 = около 280 кВт.

Это больше 180 кВт, используемых камерой, потому что отходящий воздух уходит при 90 °C и уносит тепло. Именно поэтому на более крупных установках стоит рассмотреть рекуперацию тепла отходящего воздуха.

Проверка по опубликованным данным. Для распылительной сушилки высокого давления SINOTHERMO указан электронагрев 75, 120 и 150 кВт для YPG-50, YPG-100 и YPG-150, то есть около 1,0–1,5 кВт на кг/ч номинального испарения. Нашему примеру нужно 280 ÷ 220 = около 1,3 кВт на кг/ч. Обе цифры одного порядка, и в этом смысл проверки. Данные по моделям также зависят от температуры на входе, поэтому используйте их лишь как ориентир.

Шаг 6: выберите модель с запасом

Вам нужно около 220 кг/ч испарения при 200 °C на входе. Из линейки распылительных сушилок высокого давления следующая модель с достаточным номинальным испарением — YPG-300 (300 кг/ч). Оставьте проектный запас, чтобы сушилка не работала на максимуме каждый день. Значения испарения на странице продукта — максимальные и при температурах на входе ниже 200 °C зависят от фактических требований процесса. Сколько запаса оставить — проектное решение, которое нужно согласовать с поставщиком.

Если ваше сырьё вязкое или абразивное либо нужен более тонкий порошок, аналогичный выбор в центробежной линейке — модель серии LPG-200-2000. Сначала принимается решение по распылителю; см. распыление в распылительной сушилке.

Краткая справка: что меняет результат

Для сырья на основе растворителей см. руководство по распылительной сушилке с замкнутым контуром.

Чего расчёт не показывает

Это первая оценка. Она не включает размер камеры, нужный для времени пребывания, который зависит от размера капель и скорости сушки, а также гранулометрический состав, эффективность улавливания циклоном и рукавным фильтром и поведение липкого сырья. Это определяется проектом поставщика и данными испытаний.

Распространённые ошибки, которых следует избегать

Путать порошок, сырьё и воду. Подтвердите письменно, о каком числе идёт речь. Стандартная база — испарение в кг/ч воды.

Масштабировать по лабораторной производительности. Лабораторные результаты не масштабируются линейно. Используйте пилотные данные.

Принимать номинальное испарение на веру. Номинальные значения — максимумы при указанных условиях. При более низкой температуре на входе или трудном сырье реальная производительность ниже.

Игнорировать источник тепла. Электрический, паровой, газовый и вариант с топкой горячего воздуха имеют разные эксплуатационные затраты. Мощность нагревателя из вашего расчёта позволяет их сравнить. См. руководство по стоимости распылительной сушилки и руководство по распылительным сушилкам.

Пропускать испытание. Содержание сухих веществ, которое можно реально распылять, и температура на выходе, которую выдерживает ваш порошок, определяются испытаниями. Наша испытательная лаборатория проводит платные пилотные испытания, и данные напрямую используются в этом расчёте.

Заключение

Подбирайте распылительную сушилку по воде, которую нужно испарить. Переведите выход порошка в испарение через содержание сухих веществ, оцените тепло и расход воздуха по вашим температурам и выберите модель с запасом. Содержание сухих веществ в сырье — рычаг, сильнее всего меняющий результат.

Следующий шаг: Запросить пилотное испытание на вашем сырье, чтобы подтвердить содержание сухих веществ, температуру на выходе и свойства порошка. Пилотные испытания — платная услуга, после них мы сможем подобрать производственную машину по измеренным данным.

Часто задаваемые вопросы

Как подобрать распылительную сушилку?

Переведите требуемый выход порошка в воду, которую нужно испарить, используя содержание сухих веществ в сырье и влажность порошка. Затем оцените тепло и расход воздуха по температурам на входе и выходе и выберите модель по номинальной испарительной способности с некоторым запасом.

Что такое испарительная способность?

Это масса воды, которую сушилка может удалить за час, в кг/ч. Это стандартная база подбора распылительных сушилок, потому что она определяет подвод тепла, расход воздуха и размер оборудования.

Как рассчитать воду к испарению?

Расход сырья равен сухим веществам, делённым на долю сухих веществ в сырье. Вода к испарению равна расходу сырья минус выход порошка. Для 100 кг/ч порошка с влажностью 4 процента из сырья с 30 процентами сухих веществ это около 220 кг/ч.

Сколько тепла нужно распылительной сушилке?

Примерно 2 400 кДж на килограмм испарённой воды в виде скрытой теплоты, плюс нагрев сырья и продукта и потери. В рабочем примере мощность нагревателя составляет около 280 кВт при 220 кг/ч испарения, или около 1,3 кВт на кг/ч.

Важно ли содержание сухих веществ в сырье для подбора?

Да, очень. Повышение сухих веществ с 20 до 30 процентов снижает испарительную нагрузку более чем на треть при том же выходе порошка, если сырьё по-прежнему можно перекачивать и распылять.

Точен ли этот расчёт?

Нет. Это первая оценка. Время пребывания, размер частиц, эффективность улавливания и поведение сырья подтверждаются проектом поставщика и пилотным испытанием.

Какая модель SINOTHERMO подходит для 220 кг/ч испарения?

Из линейки распылительных сушилок высокого давления — YPG-300 с максимальным испарением 300 кг/ч, с запасом. Эту производительность охватывает и центробежная серия LPG-200-2000. Окончательный выбор зависит от распылителя, сырья и спецификации порошка.