如何为干燥应用选择真空泵

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从根本上讲，我们必须区分短期干燥过程，以及可能需要持续数小时甚至数天的干燥过程。不管干燥持续多久，所有干燥过程都大致按照相关页面所述的工艺进行。

这里以盐的干燥（短期干燥）为例描述该工艺，这是一种已经得到充分验证的干燥过程。

盐的干燥

首先，在尽可能短的时间（约 1 小时）内将含水量约为 8%（质量比）的 881 磅（400 千克）细盐干燥至含水量低于 1%（质量比）。预计脱水量约为 61 磅（28 千克）。在干燥过程中，持续搅动真空室内的盐，并加热至大约 176°F (80°C)。图 2.78 所示为真空系统的示意图。

图 2.78 用于干燥盐的真空系统图。泵组合包括罗茨泵、冷凝器和滑阀泵，以便能够逐步切换抽气过程。

装有盐的真空室
罗茨泵
冷凝器
节流阀
旋片泵

远超一半的水蒸汽会在前四分之一的干燥时间内产生。然后，冷凝器成为真正的主泵。因为水蒸汽温度较高，加上干燥开始时水蒸汽压力非常高，所以冷凝器的冷凝效率显著提高。从图 2.78 可以看出，冷凝表面为 2 m² 的冷凝器在 100 mbar 的进口压力下，可在 15 分钟内冷凝约 3 加仑 (15 l) 的水。但是，在此初始过程中，必须确保旋转泵进气口的水蒸汽压力不超过其水蒸汽耐受能力 60 mbar。这可通过使用节流阀调节旋片泵的进口压力来保证。因为前级泵在此阶段只能抽出少量不可冷凝的气体，所以使用旋片泵 SOGEVAC SV65B 就能满足要求；随着过程时间的推移，产生的水蒸气减少，冷凝器中的水蒸气压力也降低。当真空室中的水蒸汽压力降至低于 27 mbar 后，罗茨泵开始投入工作。因此，水蒸汽会更快地从真空室中排出，冷凝器中的压力增加，其冷凝效率再次升高。当冷凝器的水蒸汽达到饱和蒸气压力时，冷凝器由阀门隔离。此时，真空室中的水蒸汽压力仅约为 4 mbar，可通过罗茨泵与气镇前级泵完成抽空，直至水蒸汽压力达到约 0.65 mbar。根据经验，此时可以认为盐已经达到所需的干燥程度。
使用现代的干泵技术，无需节流阀也能完成相同的干燥工艺。比如，使用干式螺杆泵 VARODRY VD65，无需复杂的压力调节就能完成该过程。在干燥过程的第一阶段，很快就会超过泵的蒸汽耐受能力。这会导致泵内的水出现部分冷凝，冷凝水 VARODRY会在工艺压强降低时排出。

纸张的干燥

如果泵的规格适合更长时间的干燥过程，宜将过程细分成几个独特的分段。下面以纸张干燥为例进行讲解：假设纸张的初始含水量为 8%，容器的容积为 V。

1. 抽空

必须根据容器的容积和所需抽空时间合理地确定前级泵。此抽真空时间要根据工艺所需的持续时间来安排：如果工艺要在 12 - 15 小时后完成，则抽空时间不应超过 1 小时。根据该主题的页面所述，可以轻松计算出前级泵的规格。

2. 预干燥

在预干燥过程中，大约 75% 的水分会被抽出 - 具体取决于执行工作的压力区域。预干燥应占用干燥时间的前三分之一。预干燥的速率几乎完全取决于供热的充足性。若要在 5 小时内预干燥 1 吨纸，必须蒸发 132 磅（60 千克）的水；要蒸发这些水，需要消耗大约 40 kWh 的电能。因为必须将纸张同时加热到大约 248°F (120°C) 的温度，提供平均约 20 kW 的功率。每小时平均产生的蒸汽量为 26 磅（12 千克）。因此，容量为 33 磅（15 千克）/小时的冷凝器应足以满足要求。如果在抽空前纸张已充分预热（可能通过空气循环干燥），则在干燥的第一个小时内，预计产生的蒸汽量会增加一倍。

3. 主干燥

(2.37)

(2.38)

在第二阶段中，如果要让压力在接下来的 5 小时内从 20 mbar 降至约 5.3 mbar，并将 75% 的总含水量（即从总含水量 33 磅（15 千克）的 19%）抽出，则根据式 (2.37) 和 (2.38)，泵的抽速必须为

根据式 1.7，在 59°F (15°C) 的温度下，33 磅（15 千克）的水蒸汽对应的水蒸汽量为

因此，适合选用罗茨泵。产品中允许的剩余水分决定了可达到的极限压力。对于每种产品来说，极限压力与剩余水分之间的关系是固定的，但不同产品各不相同。Leybold 莱宝在这一领域拥有多年的应用经验。假设要求达到 0.1% 的残留水分含量，则所需的极限压力为 6 · 10^-2 mbar。在最后 5 小时内，剩余 6% 的水分或 11 磅（5 千克）的水要被清除。在大约 0.65 mbar 的平均压力下，这会产生 2000 m³/h 的蒸汽。有两种可能的选择：

a) 继续使用上述罗茨泵。根据产生的水蒸汽量，极限全压会稳定在一个值上。这时需要等待压力达到约 6.5 · 10-2 mbar，这自然需要很长的时间。

b) 在一开始就选择一个更大的罗茨泵（例如，抽取速度为 2000 m³/h 的泵）。当纸张量更多时（例如，11,023 磅或 5000 千克），宜选取一个能够以高达 20,000 m³/h 的水蒸汽抽速自动将压力从 27 mbar 降至 10^-2 mbar 的抽气系统。使用此类泵时，可显著缩短干燥所需的整体时间。

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