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건식 작업을 위한 진공 펌프 선택 방법

기본적으로 단기 건조와 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있는 건조 공정을 구분해야 합니다. 건조 기간과 무관하게 모든 건조 공정은 관련 페이지에 설명된 대로 계속 진행됩니다.

적용 사례로서 염분 건조(단기 건조)가 설명되며, 이는 이미 입증된 건조 공정입니다.

염분 건조

우선 수분 함량이 질량의 약 8%인 미세 분할 염분 400kg(881lbs)이 최저 시간(약 1시간)에서 수분 함량이 질량 기준의 1% 미만이 될 때까지 건조됩니다. 예상되는 담수 진화 용량은 약 28kg(61lbs)입니다. 챔버 내 염분은 건조 공정 동안 지속적으로 교반되며 약 80°C(176°F)로 가열됩니다. 진공 시스템은 그림 2.78에 도식적으로 나와 있습니다.

vacuum generation graphics

그림 2.78 염분 건조에 대한 진공 다이어그램. 펌핑 공정의 단계별 전환을 위한 루츠 펌프, 응축기 및 로터리 플런저 펌프로 구성된 펌프 조합.

  1. 염분 충전이 포함된 진공 챔버
  2. 루츠 펌프
  3. 응축기
  4. 스로틀 밸브
  5. 로터리 베인 펌프

건조 시간의 1/4 동안 수증기의 양이 절반 이상 진화합니다. 이후 응축기는 실제 메인 펌프가 됩니다. 수증기 온도가 높고 건조가 시작될 때 수증기 압력이 매우 높기 때문에 응축기의 응축 효율성이 크게 증가합니다. 그림 2.78에서 응축면 2m2의 응축기는 15분 동안 100mbar의 입구 압력에서 15리터(3갤런)의 물을 응축시킬 수 있습니다. 하지만 이 초기 공정 도중 로터리 펌프의 입구 포트에서 수증기 압력이 60mbar의 수증기 허용 오차를 초과하지 않습니다. 이는 스로틀 밸브를 사용하여 로터리 베인 펌프 입구 압력을 조절함으로써 보장됩니다. 이 단계에서 배압 펌프는 비응축 기체의 작은 부분만을 펌핑해야 하기 때문에 로터리 베인 펌프 SOGEVAC SV65B로 충분합니다. 공정 시간이 증가함에 따라 수증기 진화는 응축기의 수증기 압력과 마찬가지로 감소합니다. 챔버의 수압이 27mbar 아래로 떨어지면 루츠 펌프가 켜집니다. 따라서 수증기가 챔버 밖으로 더 빠르게 펌핑되고 응축기의 압력이 증가하며 응축기의 응축이 다시 증가합니다. 수증기가 포화 증기 압력에 도달하면 응축기는 밸브에 의해 분리됩니다. 이 시점에서 챔버에는 약 4mbar의 수증기 압력이 있으며, 수증기 압력이 약 0.65mbar에 도달할 때까지 기체 밸러스트 배압 펌프가 장착된 루츠 펌프에 의해 펌핑이 이루어집니다. 경험을 통해 염분은 이제 원하는 건조 정도에 도달했다고 가정할 수 있습니다.
오늘날의 건식 펌프 기술을 통해 스로틀 밸브 없이도 동일한 공정을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 건식 스크류 펌프 VARODRY VD65를 사용하면 복잡한 압력 조절 없이도 공정을 수행할 수 있습니다. 공정의 첫 번째 단계에서 펌프의 증기 허용 오차가 단시간에 초과하게 됩니다. 이로 인해 펌프 내부에 수분이 일부 응축됩니다. 이는 VARODRY를 통해 펌핑되고, 압력이 감소하면 나중에 간단히 건조됩니다.

용지 건조

펌프가 더 긴 공정 실행에 적합한 크기여야 하는 경우 공정을 특성 섹션으로 분류하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 용지의 초기 수분 함량이 8%이고 용기의 부피가 V인 경우의 용지 건조가 설명되어 있습니다.

1. 배출

배압 펌프는 용기의 부피 및 원하는 펌프 다운 시간과 관련하여 적합한 정격이어야 합니다. 이 펌프 다운 시간은 원하는 공정 기간에 따라 정렬됩니다. 공정이 12~15시간 후에 완료될 경우 펌프 다운 시간이 1시간 이상 지속되어서는 안 됩니다. 배압 펌프의 크기는 해당 항목의 페이지에 따라 쉽게 계산할 수 있습니다.

2. 사전 건조

사전 건조 도중 작업을 실시하는 압력 영역에 따라 약 75%의 수분이 배출됩니다. 이 사전 건조가 건조 시간의 첫 1/3을 차지해야 합니다. 사전 건조가 진행되는 속도는 거의 전적으로 열 공급의 충족성에 달려 있습니다. 5시간 안에 1톤의 용지를 사전 건조하려면 60kg(132lbs)의 물을 증발시켜야 합니다. 즉, 물을 증발하려면 약 40kWh의 에너지 소모가 필요합니다. 용지를 120°C(248°F)의 온도로 동시에 가열해야 하므로 평균 약 20kW가 제공되어야 합니다. 시간당 평균 증기 진화는 12kg(26lbs)입니다. 따라서 15kg(33lbs)/h 용량의 응축기로 충분할 것입니다. 배출하기 전에 용지가 충분히 예열된 경우(예를 들어 공기 순환 건조로) 건조의 첫 1시간 안에 이중 증기 진화가 예상되어야 합니다.

3. 주 건조

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

(2.37)

Leybold - Vacuum Fundamentals graphics

(2.38)

두 번째 단계에서 5시간 이상 압력이 20에서 약 5.3mbar로 떨어지고 총 수분의 75%(예: 15kg(33lbs)의 총 수분 중 19%)가 배출되는 경우 펌프는 등식 (2.37) 및 (2.38)에 따른 펌핑 속도를 갖게 됩니다.

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등식 1.7에 따르면 수증기 15kg(33lbs)은 15°C(59°F)에서 다음과 같은 수증기 양을 갖습니다.

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따라서 루츠 펌프가 적합한 펌프입니다. 제품에 허용되는 잔류 습기는 달성 가능한 최종 압력을 결정합니다. 최종 압력과 잔류 수분 사이의 관계는 모든 제품에 고정되어 있지만 제품별로 다릅니다. Leybold는 이 분야의 작업과 관련하여 여러 해 동안 경험을 쌓아왔습니다. 필요한 최종 압력이 6 · 10-2mbar인 경우 0.1%의 잔류 수분 함량이 필요하다고 가정합니다. 마지막 5시간 동안 나머지 6%, 즉 5kg(11lbs)의 수분 함량이 제거됩니다. 약 0.65mbar의 평균 압력에서 2,000m3/h의 증기가 진화됩니다. 그리고 두 가지 가능성이 제공됩니다.

a) 위에서 언급한 루츠 펌프를 계속 사용합니다. 최종 총 압력은 진화하는 수증기의 양에 따라 값으로 설정됩니다. 또한 약 6.5 · 10-2mbar의 압력에 도달할 때까지 기다리며, 이로 인해 자연스럽게 더 오랜 시간이 걸립니다.

b) 처음부터 약간 더 큰 루츠 펌프를 선택합니다(예: 펌핑 속도가 2000m3/h인 펌프는 적합함). 더 많은 양의 용지(예: 11,023파운드 또는 5,000kg)의 경우, 최대 20,000 m3/h의 증기에 대한 펌핑 속도가 자동으로 압력을 27~10-2mbar로 감소하는 펌핑 시스템이 적합합니다. 이러한 펌프를 사용하면 전체 건조 시간이 크게 줄어듭니다.

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References

Vacuum symbols

A glossary of symbols commonly used in vacuum technology diagrams as a visual representation of pump types and parts in pumping systems

 

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Glossary of units

An overview of measurement units used in vacuum technology and what the symbols stand for, as well as the modern equivalents of historical units

 

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References and sources

References, sources and further reading related to the fundamental knowledge of vacuum technology

 

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