Tính chọn máy sấy phun: cách tính năng suất bay hơi, công suất gia nhiệt và lưu lượng khí

Máy sấy phun được tính chọn theo năng suất bay hơi, tức số kilogam nước loại bỏ mỗi giờ, chứ không theo sản lượng bột hay chiều cao tháp. Để tính chọn, hãy chuyển sản lượng bột yêu cầu thành lượng nước cần bay hơi dựa vào hàm lượng chất rắn của nguyên liệu, sau đó ước tính nhiệt và lưu lượng khí cần thiết từ nhiệt độ đầu vào và đầu ra. Phép tính dưới đây là ước tính ban đầu; thử nghiệm pilot và thiết kế của nhà cung cấp xác nhận máy cuối cùng.

Nhiều vấn đề báo giá bắt đầu từ một con số sai. Người mua yêu cầu “máy sấy phun 100 kg/giờ” có thể muốn nói 100 kg/giờ bột, 100 kg/giờ nguyên liệu hoặc 100 kg/giờ nước bay hơi, và các giá trị này chênh nhau hai lần hoặc hơn. Hướng dẫn này chỉ cách biến mục tiêu quy trình của bạn thành con số quan trọng, kèm một ví dụ tính toán bạn có thể điều chỉnh.

Bối cảnh nhanh: vì sao năng suất bay hơi là con số tính chọn

Gần như toàn bộ năng lượng và phần lớn kích thước thiết bị của máy sấy phun được quyết định bởi lượng nước phải rời khỏi các giọt. Điều đó xác định lượng nhiệt cấp vào, lưu lượng khí, thể tích buồng cần cho thời gian lưu, cũng như kích thước quạt và hệ thống thu hồi. Hai máy sấy có cùng chiều cao buồng có thể có tốc độ loại nước rất khác nhau, tùy nhiệt độ và lưu lượng khí.

Vì vậy các dòng model được gọi theo lượng bay hơi. Máy sấy phun áp lực của SINOTHERMO có dải từ YPG-50 với 50 kg/giờ đến YPG-1000 với 1.000 kg/giờ, còn máy sấy phun ly tâm có dải từ LPG-25 với 25 kg/giờ đến dòng LPG-200-2000 với 200 đến 2.000 kg/giờ nước.

Bước 1: Xác định nhu cầu của bạn

Thu thập các dữ liệu đầu vào này trước khi tính.

Chọn T_in và T_out dựa trên giới hạn của sản phẩm. Nếu chưa chắc cách làm, hãy đọc trước hướng dẫn nhiệt độ đầu vào và đầu ra khi sấy phun.

Bước 2: Chuyển sản lượng bột thành nguyên liệu và nước cần bay hơi

1. 1.Chất rắn khô trong bột: P × (1 − w_p) = 100 × (1 − 0,04) = 96 kg/giờ chất rắn.
2. 2.Lưu lượng nguyên liệu cần thiết: chất rắn ÷ phân số chất rắn của nguyên liệu = 96 ÷ 0,30 = 320 kg/giờ nguyên liệu.
3. 3.Nước vào cùng nguyên liệu: 320 − 96 = 224 kg/giờ.
4. 4.Nước còn lại trong bột: 100 − 96 = 4 kg/giờ.
5. 5.Nước cần bay hơi: 224 − 4 = 220 kg/giờ.

Kiểm tra: nguyên liệu 320 kg/giờ = bột 100 kg/giờ + nước bay hơi 220 kg/giờ. Cân bằng khớp.

Đây là kết quả then chốt: công việc này cần một máy sấy có công suất khoảng 220 kg/giờ bay hơi ở nhiệt độ vận hành của bạn, chứ không phải “máy sấy 100 kg/giờ”.

Một hệ quả hữu ích: hàm lượng chất rắn của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn. Ở 20 phần trăm chất rắn, cùng 96 kg/giờ chất rắn cần 480 kg/giờ nguyên liệu và khoảng 380 kg/giờ bay hơi. Nâng hàm lượng chất rắn từ 20 lên 30 phần trăm giảm tải bay hơi hơn một phần ba, vì vậy cô đặc nguyên liệu trước khi phun, ví dụ bằng cô bay hơi, tiết kiệm kích thước máy sấy và năng lượng, miễn là nguyên liệu vẫn bơm và phun được.

Bước 3: Ước tính nhiệt cần thiết

Nhiệt cần thiết gồm ba phần.

1. 1.Làm bay hơi nước. Ẩn nhiệt của nước ở điều kiện sấy phun khoảng 2.400 kJ/kg (khoảng 2.260 ở 100 °C và cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn). Với 220 kg/giờ: 220 × 2.400 = 528.000 kJ/giờ, khoảng 147 kW.
2. 2.Gia nhiệt nguyên liệu đến nhiệt độ sấy. Giả sử nhiệt dung riêng khoảng 3,5 kJ/kg·K cho nguyên liệu 30 phần trăm chất rắn, gia nhiệt từ 20 °C đến khoảng 50 °C: 320 × 3,5 × 30 = 33.600 kJ/giờ, khoảng 9 kW.
3. 3.Gia nhiệt bột khô. 96 kg/giờ × 1,5 kJ/kg·K × khoảng 60 K = khoảng 8.600 kJ/giờ, khoảng 2,4 kW.

Nhiệt hữu ích khoảng 147 + 9 + 2,4 = khoảng 158 kW. Cộng thêm tổn thất nhiệt từ buồng và ống dẫn. Mức 10 đến 15 phần trăm là điển hình cho thiết bị có bảo ôn, nhưng cần được xác nhận cho thiết kế của bạn, cho ra khoảng 180 kW mà khí phải nhả ra giữa đầu vào và đầu ra.

Bước 4: Ước tính lưu lượng khí

Khí nhả nhiệt khi nguội từ T_in xuống T_out. Với nhiệt dung riêng khoảng 1,05 kJ/kg·K cho không khí ẩm:

Lưu lượng khối lượng khí = nhiệt nhả ra ÷ (c_p × (T_in − T_out)) = (180 kW × 3.600 kJ/kW·giờ) ÷ (1,05 × (200 − 90)) = 648.000 ÷ 115,5 = khoảng 5.600 kg/giờ không khí khô.

Với khối lượng riêng môi trường khoảng 1,2 kg/m³, đó là khoảng 4.700 m³/giờ ở điều kiện môi trường. Quạt phải xử lý thể tích lớn hơn ở điều kiện đầu ra nóng, nên nhà cung cấp sẽ chọn quạt theo thể tích khí thải thực tế.

Kiểm tra độ ẩm khí thải: 220 kg/giờ nước vào 5.600 kg/giờ không khí làm tăng khoảng 0,04 kg nước trên kg không khí khô, thấp hơn nhiều so với độ bão hòa ở 90 °C, nên khí thải còn rất xa mức ngưng tụ.

Bước 5: Ước tính công suất bộ gia nhiệt

Bộ gia nhiệt phải nâng không khí từ nhiệt độ môi trường lên nhiệt độ đầu vào:

Công suất gia nhiệt = lưu lượng khí × c_p × (T_in − T_a) = 5.600 × 1,006 × 180 ÷ 3.600 = khoảng 280 kW.

Con số này lớn hơn 180 kW buồng sử dụng, vì khí thải ra ở 90 °C và mang theo nhiệt. Đó là lý do nên cân nhắc thu hồi nhiệt từ khí thải ở quy mô lớn hơn.

Kiểm tra tính hợp lý với dữ liệu đã công bố. Máy sấy phun áp lực của SINOTHERMO nêu công suất gia nhiệt điện 75, 120 và 150 kW cho YPG-50, YPG-100 và YPG-150, tức khoảng 1,0 đến 1,5 kW trên mỗi kg/giờ bay hơi định mức. Ví dụ của chúng ta cần 280 ÷ 220 = khoảng 1,3 kW trên mỗi kg/giờ. Hai con số cùng bậc độ lớn, và đó chính là mục đích của phép kiểm tra. Dữ liệu model còn phụ thuộc nhiệt độ đầu vào, nên chỉ dùng như hướng dẫn.

Bước 6: Chọn model, có dự phòng

Bạn cần khoảng 220 kg/giờ bay hơi ở nhiệt độ đầu vào 200 °C. Trong dải máy sấy phun áp lực, model kế tiếp có lượng bay hơi định mức đủ là YPG-300 (300 kg/giờ). Hãy để một biên độ thiết kế để máy sấy không chạy ở mức tối đa mỗi ngày. Các số liệu bay hơi trên trang sản phẩm là giá trị tối đa và, với nhiệt độ đầu vào dưới 200 °C, phụ thuộc yêu cầu thực tế của quy trình. Giữ biên độ bao nhiêu là quyết định thiết kế cần xác nhận với nhà cung cấp.

Nếu nguyên liệu của bạn nhớt hoặc mài mòn, hoặc bạn cần bột mịn hơn, lựa chọn tương đương trên dòng ly tâm là một model trong dải LPG-200-2000. Quyết định về bộ phun được đưa ra trước; xem phun sương trong máy sấy phun.

Tra cứu nhanh: điều gì làm thay đổi kết quả

Với nguyên liệu gốc dung môi, xem hướng dẫn về máy sấy phun tuần hoàn kín.

Điều phép tính không cho bạn biết

Đây là ước tính ban đầu. Nó không bao gồm kích thước buồng cần cho thời gian lưu, vốn phụ thuộc kích thước giọt và tốc độ sấy, cũng như phân bố kích thước hạt, hiệu suất thu hồi của cyclone và túi lọc, hay hành vi của nguyên liệu dính. Những điều đó đến từ thiết kế của nhà cung cấp và dữ liệu thử nghiệm.

Những sai lầm thường gặp cần tránh

Nhầm lẫn giữa bột, nguyên liệu và nước. Hãy xác nhận bằng văn bản bạn muốn nói đến con số nào. Lượng bay hơi tính bằng kg/giờ nước là cơ sở tiêu chuẩn.

Dùng năng suất phòng thí nghiệm để nâng quy mô. Kết quả phòng thí nghiệm không tăng quy mô tuyến tính. Hãy dùng dữ liệu pilot.

Tin nguyên văn lượng bay hơi định mức. Số liệu định mức là giá trị tối đa ở điều kiện nêu rõ. Ở nhiệt độ đầu vào thấp hơn hoặc với nguyên liệu khó, năng suất thực tế thấp hơn.

Bỏ qua nguồn nhiệt. Các phương án điện, hơi nước, gas và lò khí nóng có chi phí vận hành khác nhau. Công suất gia nhiệt từ phép tính của bạn cho phép so sánh chúng. Xem hướng dẫn chi phí máy sấy phun và hướng dẫn máy sấy phun.

Bỏ qua thử nghiệm. Hàm lượng chất rắn bạn thực sự phun được và nhiệt độ đầu ra mà bột chịu được đến từ thử nghiệm. Phòng thử nghiệm của chúng tôi chạy các thử nghiệm pilot có phí và dữ liệu đi thẳng vào phép tính này.

Kết luận

Hãy tính chọn máy sấy phun từ lượng nước nó phải bay hơi. Chuyển sản lượng bột thành lượng bay hơi qua hàm lượng chất rắn, ước tính nhiệt và lưu lượng khí từ nhiệt độ của bạn, rồi chọn model có dự phòng. Hàm lượng chất rắn của nguyên liệu là đòn bẩy làm thay đổi kết quả nhiều nhất.

Bước tiếp theo: Yêu cầu thử nghiệm pilot với nguyên liệu của bạn để xác nhận hàm lượng chất rắn, nhiệt độ đầu ra và tính chất bột. Thử nghiệm pilot là dịch vụ có phí, và sau đó chúng tôi có thể tính chọn máy sản xuất dựa trên dữ liệu đo được.

Câu hỏi thường gặp

Làm thế nào để tính chọn máy sấy phun?

Chuyển sản lượng bột yêu cầu thành lượng nước cần bay hơi, dùng hàm lượng chất rắn của nguyên liệu và độ ẩm bột. Sau đó ước tính nhiệt và lưu lượng khí từ nhiệt độ đầu vào và đầu ra, và chọn model theo năng suất bay hơi định mức kèm một chút dự phòng.

Năng suất bay hơi là gì?

Đó là khối lượng nước máy sấy có thể loại bỏ mỗi giờ, tính bằng kg/giờ. Đây là cơ sở tính chọn tiêu chuẩn cho máy sấy phun vì nó quyết định lượng nhiệt cấp, lưu lượng khí và kích thước thiết bị.

Làm sao để tính lượng nước cần bay hơi?

Lưu lượng nguyên liệu bằng chất rắn khô chia cho phân số chất rắn của nguyên liệu. Lượng nước cần bay hơi bằng lưu lượng nguyên liệu trừ sản lượng bột. Với 100 kg/giờ bột độ ẩm 4 phần trăm từ nguyên liệu 30 phần trăm chất rắn, con số này khoảng 220 kg/giờ.

Máy sấy phun cần bao nhiêu nhiệt?

Khoảng 2.400 kJ trên mỗi kilogam nước bay hơi cho ẩn nhiệt, cộng với gia nhiệt nguyên liệu và sản phẩm và tổn thất. Trong ví dụ, công suất gia nhiệt khoảng 280 kW cho 220 kg/giờ bay hơi, tức khoảng 1,3 kW trên mỗi kg/giờ.

Hàm lượng chất rắn của nguyên liệu có quan trọng với việc tính chọn không?

Có, rất quan trọng. Nâng chất rắn từ 20 lên 30 phần trăm giảm tải bay hơi hơn một phần ba cho cùng sản lượng bột, miễn là nguyên liệu vẫn bơm và phun được.

Phép tính có chính xác không?

Không. Đây là ước tính ban đầu. Thời gian lưu, kích thước hạt, hiệu suất thu hồi và hành vi nguyên liệu được xác nhận bằng thiết kế của nhà cung cấp và thử nghiệm pilot.

Model SINOTHERMO nào phù hợp với 220 kg/giờ bay hơi?

Từ dải máy sấy phun áp lực, YPG-300 với lượng bay hơi tối đa 300 kg/giờ, có dự phòng. Dải ly tâm LPG-200-2000 cũng bao phủ cỡ này. Lựa chọn cuối cùng phụ thuộc bộ phun, nguyên liệu và quy cách bột.