Come scegliere una pompa per vuoto per le applicazioni di essiccazione
Fondamentalmente, dobbiamo distinguere tra essiccazione a breve termine e processi di essiccazione che possono richiedere diverse ore o persino giorni. Indipendentemente dalla durata dell'essiccazione, tutti i processi di essiccazione si svolgono approssimativamente come descritto nella relativa pagina.
Come esempio di un'applicazione, viene descritta l'essiccazione del sale (essiccazione a breve termine), un processo di essiccazione ben collaudato.
Essiccazione del sale
Innanzitutto, 400 kg (881 libbre) di sale finemente suddiviso con un contenuto di acqua di circa l'8% in massa devono essere essiccati nel più breve tempo possibile (circa 1 ora) fino a ridurre il contenuto di acqua a meno dell'1% in massa. La quantità di acqua rimossa prevista ammonta a circa 28 kg (61 libbre). Durante il processo di essiccazione il sale nella camera viene continuamente agitato e riscaldato a circa 80 °C (176 °F). Il sistema per vuoto è schematizzato nella Fig. 2.78.
Fig 2.78 Schema dell'impianto per vuoto per l'essiccazione del sale. Pompa combinata costituita da pompa Roots, condensatore e pompa rotativa per la commutazione graduale del processo di pompaggio.
- Camera a depressione riempita di sale
- Pompa Roots
- Condensatori
- Valvola a farfalla
- Pompa rotativa a palette
Durante il primo trimestre del tempo di essiccazione viene rimossa oltre la metà del vapore acqueo. Pertanto, il condensatoreè la pompa principale. A causa dell'elevata temperatura del vapore acqueo e, all'inizio dell'essiccazione, dell'elevata pressione del vapore acqueo, l'efficienza di condensazione del condensatore aumenta significativamente. Nella Fig. 2.78 si presuppone che un condensatore con una superficie di condensazione di 2 m2 possa condensare circa 15 l (3 galloni) di acqua a una pressione di ingresso di 100 mbar in 15 min. Tuttavia, durante questo processo iniziale, è necessario assicurarsi che la pressione del vapore acqueo in ingresso della pompa rotativa non superi la sua tolleranza al vapore acqueo di 60 mbar. Questo è garantito dalla regolazione della pressione di ingresso delle pompe rotative a palette tramite valvola a farfalla. Poiché in questa fase la pompa primaria deve solo espellere la piccola parte di gas non condensabili, è sufficiente una pompa rotativa a palette SOGEVAC SV65B. Con l'aumentare del tempo di processo, la rimozione del vapore acqueo diminuisce, così come la pressione del vapore acqueo nel condensatore. Quando la pressione dell'acqua nella camera scende al di sotto di 27 mbar, viene attivata la pompa Roots. In questo modo il vapore acqueo viene pompato più rapidamente fuori dalla camera, la pressione nei condensatori aumenta e la loro efficienza di condensazione aumenta nuovamente. I condensatori sono isolati da una valvola quando il vapore acqueo raggiunge la pressione del vapore di saturazione. A questo punto, nella camera è presente una pressione del vapore acqueo di appena 4 mbar e il pompaggio viene eseguito dalla pompa Roots insieme a una pompa primaria con gas ballast fino a quando la pressione del vapore acqueo non raggiunge circa 0,65 mbar. Dall'esperienza si può presumere che, a questo punto, il sale abbia raggiunto il grado di essiccazione desiderato.
La moderna tecnologia della pompa a secco consente di eseguire lo stesso processo senza la necessità di una valvola a farfalla. Ad esempio, utilizzando una pompa a vite a secco VARODRY VD65, il processo potrebbe essere eseguito senza la complessa necessità di regolazione della pressione. Durante le prime fasi del processo, la tolleranza al vapore della pompa viene superata per breve tempo. Ciò causa la condensa di una parte dell'acqua all'interno della pompa. Questa viene pompata via dalla VARODRY, che si asciugherà in seguito al diminuire della pressione.
Essiccazione della carta
Se le pompe devono essere delle dimensioni corrette per un ciclo di processo più lungo, è importante suddividere il processo in sezioni caratteristiche. Ad esempio, nel seguito viene illustrata l'essiccazione della carta, dove la carta ha un contenuto iniziale di umidità dell'8% e il serbatoio ha un volume V.
1. Evacuazione
La pompa primaria deve essere adeguatamente tarata in relazione al volume del serbatoio e al tempo di svuotamento desiderato. Questo tempo di svuotamento viene fissato in base alla durata del processo desiderata: se il processo deve essere completato entro 12-15 ore, il tempo di svuotamento non deve essere superiore a 1 ora. Le dimensioni della pompa primaria possono essere facilmente calcolate come descritto nella pagina relativa a quell'argomento.
2. Pre-essiccazione
Durante la pre-essiccazione, a seconda della regione di pressione in cui viene eseguito il lavoro, circa il 75% dell'umidità viene aspirato. Questa pre-essiccazione dovrebbe occupare il primo terzo del tempo di essiccazione. La velocità alla quale il processo di pre-essiccazione procede dipende quasi esclusivamente dalla capacità di approvvigionamento di calore. Per pre-essiccare 1 tonnellata di carta in 5 ore, occorre far evaporare 60 kg (132 libbre) di acqua. Ciò significa che per far evaporare l'acqua è necessario un dispendio energetico di circa 40 kWh. Poiché, contemporaneamente, la carta deve essere riscaldata a una temperatura di circa 120 °C (248 °F), è necessario fornire una media di circa 20 kW. L'evoluzione media del vapore all'ora è pari a 12 kg (26 libbre). Pertanto, dovrebbe essere sufficiente un condensatore con una capacità di 15 kg/h (33 libbre/h). Se la carta è sufficientemente preriscaldata (ad esempio mediante essiccazione a circolazione d'aria) prima dell'evacuazione, nella prima ora di essiccazione si può prevedere uno sviluppo di vapore doppio.
3. Essiccazione principale
(2.37)
(2.38)
Se, nella seconda fase, la pressione in altre 5 ore scende da 20 a circa 5,3 mbar e il 75% dell'umidità totale (ovvero, il 19% dell'umidità totale di 15 kg (33 libbre)) deve essere estratto, la pompa deve, secondo le equazioni (2.37) e (2.38), avere una velocità di pompaggio pari a
In base all'equazione 1.7, 15 kg (33 libbre) di vapore acqueo corrispondono a 15 °C (59 °F) a una quantità di vapore acqueo di
Pertanto, la pompa Roots sarebbe quella adatta. L'umidità residua consentita nel prodotto determina la pressione finale ottenibile. Il rapporto tra la pressione finale e l'umidità residua viene fissato per ogni prodotto, ma è diverso da prodotto a prodotto. Leybold vanta molti anni di esperienza riguardo alle applicazioni in quest'area. Supponiamo che sia necessario un contenuto di umidità residuo dello 0,1%, per cui la pressione finale necessaria è 6 · 10-2 mbar. Durante le ultime 5 ore, il restante 6% del contenuto di umidità, pari a 5 kg (11 libbre) di acqua, viene rimosso. A una pressione media di circa 0,65 mbar, vengono rimossi 2.000 m3/h di vapore. Sono disponibili due possibilità:
a) Si continua a lavorare con la pompa Roots di cui sopra. La pressione totale finale si stabilizza a un valore che dipende dalla rimozione della quantità di vapore acqueo. Si attende fino a quando non viene raggiunta una pressione di circa 6,5 · 10-2 mbar, che richiede naturalmente un tempo più lungo.
b) Fin dall'inizio, viene scelta una pompa Roots leggermente più grande (ad esempio, una con una velocità di pompaggio di 2.000 m3/h andrebbe bene). Per grandi quantità di carta (ad esempio 5.000 kg (11.023 libbre)), sarebbe adatto un sistema di pompaggio che, a una velocità di pompaggio del vapore acqueo fino a 20.000 m3/h riducesse automaticamente la pressione da 27 a 10-2 mbar. L'intero tempo necessario per l'essiccazione risulta notevolmente ridotto quando si utilizzano tali pompe.
Fondamenti della tecnologia del vuoto
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Riferimenti
- Simboli del vuoto
- Glossario delle unità
- Riferimenti e fonti
Simboli del vuoto
Glossario dei simboli comunemente utilizzati negli schemi della tecnologia del vuoto come rappresentazione visiva dei tipi di pompe e delle parti dei sistemi di pompaggio
Glossario delle unità
Panoramica delle unità di misura utilizzate nella tecnologia del vuoto e dell'importanza dei simboli, nonché degli equivalenti moderni delle unità storiche
Riferimenti e fonti
Riferimenti, fonti e ulteriori letture riguardanti la i fondamenti della tecnologia del vuoto
