Chọn kích thước bơm chân không và bình ngưng cho máy sấy chân không: hướng dẫn kỹ thuật thực hành

Hãy chọn kích thước hệ chân không của máy sấy chân không từ ba con số: tải hơi cần loại bỏ (kg nước hoặc dung môi mỗi giờ), áp suất tuyệt đối cần duy trì và tốc độ rò rỉ của bình. Bình ngưng loại bỏ phần lớn hơi bằng cách ngưng tụ; bơm loại bỏ khí không ngưng (không khí rò rỉ) và phần hơi mà bình ngưng không giữ được. Chọn loại bơm theo dung môi, và luôn chọn kích thước bình ngưng theo áp suất hơi của dung môi ở nhiệt độ môi chất làm mát sẵn có.

Bối cảnh nhanh: máy sấy chỉ tốt bằng hệ chân không của nó

Bề mặt gia nhiệt của máy sấy chân không quyết định nhiệt đi vào sản phẩm nhanh đến đâu. Hệ chân không quyết định hơi có thoát ra được hay không. Nếu hơi không thoát đủ nhanh, áp suất trong bình tăng, điểm sôi tăng theo và quá trình sấy chậm lại. Nhiều máy sấy hoạt động kém có bề mặt gia nhiệt tốt nhưng hệ chân không quá nhỏ, hoặc bình ngưng có môi chất làm mát quá ấm.

Hướng dẫn này giải thích cách chọn kích thước hệ thống. Nó nối tiếp bài điểm sôi của nước trong chân không, bài cho biết mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ, và bài thiết bị sấy chân không: cách chọn theo vật liệu, bài bàn về việc chọn máy sấy.

Bố trí hệ chân không

Một hệ máy sấy chân không tiêu chuẩn chạy theo thứ tự này:

1. 1.Bình máy sấy: nơi diễn ra sự bay hơi.
2. 2.Bộ lọc bụi hoặc bộ tách: bảo vệ đường ống và bơm khỏi bột bị cuốn theo.
3. 3.Bình ngưng: làm lạnh hơi để ngưng tụ thành chất lỏng.
4. 4.Bình hứng nước ngưng: thu nước hoặc dung môi để xả hoặc thu hồi.
5. 5.Bơm chân không: loại bỏ khí không ngưng và hơi còn lại.
6. 6.Van phá chân không và thiết bị đo: đồng hồ hoặc bộ truyền áp suất, và một van để xả chân không an toàn.

Bình ngưng được đặt có chủ ý giữa bình và bơm. Hơi ở áp suất thấp chiếm thể tích rất lớn, và ngưng tụ nó rẻ hơn nhiều so với bơm nó.

Bước 1: tính tải hơi

Tải hơi là khối lượng chất lỏng phải rời khỏi sản phẩm mỗi giờ. Với máy sấy theo mẻ, đó là lượng bay hơi mỗi mẻ chia cho thời gian sấy ở giai đoạn tốc độ không đổi, lúc tải đạt đỉnh.

Lượng bay hơi mỗi mẻ = khối lượng ướt trừ khối lượng cuối, trong đó khối lượng cuối = chất rắn khô chia cho (1 trừ phần ẩm mục tiêu).

Ví dụ, 600 kg bột nhão ẩm 55 phần trăm sấy xuống 5 phần trăm còn 270 kg chất rắn khô, khối lượng cuối khoảng 284 kg và 316 kg nước cần bay hơi. Nếu giai đoạn tốc độ không đổi kéo dài 3 giờ, tải hơi đỉnh khoảng 105 kg/giờ.

Tải đỉnh, chứ không phải trung bình, quyết định kích thước bình ngưng. Bơm được chọn theo tải khí không ngưng cộng hơi còn lại.

Bước 2: quyết định áp suất vận hành

Đặt áp suất tuyệt đối từ nhiệt độ sản phẩm tối đa, dùng bảng điểm sôi. Nếu sản phẩm có thể đạt 60 °C, áp suất tuyệt đối khoảng 20 kPa là mục tiêu hợp lý. Hãy nhớ rằng đặc tả là áp suất tuyệt đối; số đọc trên đồng hồ phụ thuộc vào áp suất khí quyển tại chỗ.

Áp suất càng thấp, thể tích hơi càng lớn và bình ngưng cùng bơm càng bị đòi hỏi cao. Hãy chọn mức chân không ít nhất mà vẫn bảo vệ sản phẩm, không phải mức sâu nhất có thể.

Bước 3: chọn kích thước bình ngưng

Bình ngưng lấy đi nhiệt. Công suất là tải hơi nhân với nhiệt ẩn hóa hơi, khoảng 2,350 kJ/kg đối với nước ở 60 °C (khoảng 0.65 kW trên mỗi kg/giờ).

Với ví dụ trước, 105 kg/giờ hơi nước cần khoảng 105 x 2,350 / 3,600 = khoảng 69 kW công suất bình ngưng.

Sau đó kiểm tra ba điều:

• Nhiệt độ môi chất làm mát. Hơi ngưng tụ ở nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất bình. Ở 20 kPa, đó là khoảng 60 °C đối với nước, nên nước làm mát 25 đến 30 °C cho chênh lệch nhiệt độ thoải mái. Ở 5 kPa, hơi nước bão hòa ở khoảng 33 °C, nên nước làm mát 30 °C gần như không ngưng tụ được và bạn cần nước lạnh (chilled water).
• Diện tích truyền nhiệt. Diện tích = công suất / (U x chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit). Nhà cung cấp bình ngưng dùng giá trị U riêng của họ, phụ thuộc vào sự có mặt của khí không ngưng, nên hãy yêu cầu họ chọn kích thước từ công suất, áp suất và nhiệt độ môi chất làm mát của bạn.
• Tổn thất áp suất. Đường từ bình đến bình ngưng phải ngắn và có đường kính lớn. Ở áp suất thấp, tổn thất áp suất nhỏ gây mất mát lớn về mức chân không tại sản phẩm.

Với dung môi, hãy dùng nhiệt ẩn và đường cong bão hòa của dung môi thay cho của nước. Dung môi có điểm sôi thấp hơn có thể cần bình ngưng làm lạnh, hoặc bẫy lạnh thứ hai, để tránh đến bơm.

Bước 4: chọn kích thước bơm chân không

Bơm có hai nhiệm vụ:

1. 1.Loại bỏ khí không ngưng. Khí này đến từ không khí rò rỉ vào bình và khí do sản phẩm thải ra.
2. 2.Loại bỏ hơi mà bình ngưng không giữ được. Điều này phụ thuộc vào việc bình ngưng lạnh đến đâu so với nhiệt độ bão hòa của hơi.

Khi chọn kích thước, cách thông thường là tính tốc độ rò rỉ rồi cộng thêm biên độ. Tốc độ rò rỉ phụ thuộc vào bình, các phớt trục và số lượng mặt bích, van. Một cách phổ biến để định lượng rò rỉ là thử tăng áp: cô lập bình ở áp suất làm việc và đo áp suất tăng nhanh đến đâu. Hệ thống chế tạo tốt, sạch sẽ có rò rỉ thấp.

Hãy yêu cầu nhà cung cấp thống nhất một giới hạn tăng áp và kiểm tra khi nghiệm thu. Nếu mức tăng đo được cao hơn nhiều so với thỏa thuận, hãy tìm chỗ rò trước khi đổ lỗi cho bơm.

Công suất bơm được ghi là lưu lượng thể tích ở một áp suất hút nhất định. Bơm mất công suất ở áp suất hút thấp, nên hãy dùng đường cong công suất tại áp suất làm việc của bạn, không phải con số quảng cáo.

So sánh các loại bơm

Hãy chọn bơm trước hết theo dung môi, thứ hai theo mức chân không và thứ ba theo chi phí.

Một ví dụ tính toán

Các con số mang tính minh họa, không phải dữ liệu khách hàng.

Một loại bột nhão pigment được sấy trong máy sấy chân không có thể tích làm việc 1,200 L. Khối lượng ướt 600 kg ẩm 55 phần trăm, mục tiêu 5 phần trăm, áp suất tuyệt đối 15 kPa (nước sôi ở khoảng 54 °C), tải hơi đỉnh 105 kg/giờ.

1. 1.Công suất bình ngưng: khoảng 69 kW. Ở 15 kPa, hơi nước ngưng tụ ở khoảng 54 °C. Nước làm mát vào 30 °C và ra khoảng 38 °C cho chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit gần 20 °C. Với hệ số truyền nhiệt tổng giả định 500 W/m²K cho bình ngưng có chút khí không ngưng, diện tích = 69,000 / (500 x 20) = khoảng 6.9 m². Nhà cung cấp sẽ làm tròn lên và thêm biên độ.
2. 2.Thể tích hơi nếu tất cả đi vào bơm: ở 15 kPa, một kg hơi nước khoảng 10 m³, nên 105 kg/giờ sẽ khoảng 1,050 m³/giờ. Con số đó quá lớn đối với một bơm, và đó là lý do bình ngưng quan trọng.
3. 3.Bơm: với bình ngưng được chọn đúng, bơm xử lý rò rỉ và một phần nhỏ hơi còn lại. Một bơm vài chục m³/giờ ở áp suất hút 15 kPa là điển hình cho quy mô này, và nhà cung cấp cần xác nhận bằng đường cong công suất của họ. Với dịch vụ sạch, không dung môi, bơm vòng chất lỏng là lựa chọn phổ biến.

Các con số chỉ mang tính minh họa. Bơm và bình ngưng phải được nhà cung cấp chọn kích thước từ tải hơi, áp suất, môi chất làm mát và dung môi thực tế.

Những sai lầm thường gặp cần tránh

1. 1.Chọn bơm theo tải hơi. Bình ngưng nên xử lý hơi. Bơm xử lý phần còn lại.
2. 2.Ghi công suất bơm ở áp suất khí quyển. Công suất giảm ở áp suất hút thấp.
3. 3.Bỏ qua nhiệt độ môi chất làm mát. Môi chất ấm có thể khiến bình ngưng vô dụng ở chân không sâu.
4. 4.Đường hơi dài và hẹp. Tổn thất áp suất tại bình cao hơn so với đồng hồ ở bơm hiển thị.
5. 5.Bỏ qua rò rỉ. Rò rỉ giới hạn mức chân không đạt được. Hãy thử tăng áp khi nghiệm thu.
6. 6.Dùng sai bơm cho dung môi. Bơm làm kín bằng dầu có thể bị nhiễm bẩn, và dung môi dễ cháy cần thiết bị chống nổ.

Cần gửi gì cùng yêu cầu báo giá

• Sản phẩm, dung môi và lượng cần bay hơi mỗi mẻ hoặc mỗi giờ
• Tốc độ bay hơi đỉnh nếu biết
• Áp suất tuyệt đối mục tiêu hoặc nhiệt độ sản phẩm tối đa
• Nhiệt độ nước làm mát hoặc nước lạnh sẵn có
• Có cần thu hồi dung môi hay không
• Phân loại khu vực nguy hiểm, nếu có

Cung cấp trọn dây chuyền

SINOTHERMO có thể cung cấp máy sấy dưới dạng dây chuyền hoàn chỉnh: bản thân máy sấy cùng bơm chân không, bình ngưng, bình hứng nước ngưng, bộ lọc bụi, thiết bị gia nhiệt hoặc làm lạnh, đường ống và hệ điều khiển, phù hợp với tải hơi và mức chân không của bạn. Chọn kích thước toàn hệ thống cùng nhau tránh được vấn đề thường gặp là máy sấy tốt đi kèm bơm quá nhỏ hoặc bình ngưng quá ấm. Hãy gửi cho chúng tôi sản phẩm và yêu cầu của bạn và chúng tôi sẽ chọn kích thước dây chuyền cho bạn.

Chạy thử trước khi đặc tả

Thử nghiệm thí điểm đo tốc độ bay hơi, hiện tượng tạo bọt và tải hơi thực trên sản phẩm của bạn, là các đầu vào để chọn kích thước hệ chân không. Yêu cầu thử nghiệm thí điểm và kết quả thuộc về bạn, có thể dùng với bất kỳ nhà cung cấp nào. SINOTHERMO chế tạo và bán thiết bị, không cung cấp dịch vụ sấy gia công. Về phía máy sấy, xem công nghệ sấy tiếp xúc và trang công nghệ sấy chân không.

Câu hỏi thường gặp

Làm sao chọn kích thước bơm chân không cho máy sấy chân không?

Tính tải khí không ngưng từ rò rỉ của bình và khí thoát ra từ sản phẩm, cộng hơi còn lại chưa ngưng, rồi chọn bơm cung cấp công suất đó ở áp suất hút làm việc của bạn, có biên độ.

Máy sấy chân không có cần bình ngưng không?

Hầu như luôn cần. Bình ngưng loại bỏ phần lớn hơi dưới dạng chất lỏng, bảo vệ bơm và cho phép thu hồi dung môi.

Bơm chân không nào tốt nhất cho máy sấy chân không?

Tùy thuộc vào dung môi và mức chân không. Bơm vòng chất lỏng phù hợp với dịch vụ ướt nền nước. Bơm trục vít khô phù hợp với dung môi và dịch vụ sạch. Bơm cánh gạt làm kín bằng dầu phù hợp với dịch vụ khô, sạch phía sau bình ngưng tốt.

Tôi cần mức chân không nào?

Dùng mức chân không thấp nhất giữ sản phẩm dưới nhiệt độ tối đa của nó. Bảng điểm sôi cho biết áp suất ứng với nhiệt độ mục tiêu.

Bình ngưng cần nhiệt độ làm mát bao nhiêu?

Lạnh hơn nhiệt độ bão hòa của hơi ở áp suất bình, có biên độ. Hơi nước ở 5 kPa bão hòa ở khoảng 33 °C, nên chân không sâu cần nước lạnh.

Làm sao kiểm tra rò rỉ?

Cô lập bình ở chân không làm việc và đo áp suất tăng nhanh đến đâu. Tốc độ tăng cao cho thấy có rò rỉ.

SINOTHERMO có cung cấp dịch vụ sấy gia công không?

Không. SINOTHERMO chế tạo và bán thiết bị sấy và cung cấp thử nghiệm thí điểm có phí.