ขอบเขตการเลือกปั๊มสำรองสำหรับเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็ง: แรงดันใช้งาน ภาระไอน้ำ และการสูบช่วงท้าย

ในเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็ง ตัวหลักที่ขนน้ำคือกับดักความเย็น ไม่ใช่ปั๊ม ปั๊มสำรองทำเพียงสองอย่าง: สูบก๊าซที่ไม่ควบแน่นออกจากห้อง และกดแรงดันห้องให้ต่ำกว่าแรงดันไออิ่มตัวของผิวน้ำแข็งที่อุณหภูมิของวัสดุ สองสิ่งนี้กำหนดขอบเขตการเลือก—จุดแรงดันใช้งานกำหนดว่าจะใช้ปั๊มระดับเดียวหรือสองระดับ ปริมาณไอน้ำที่ทะลุผ่านกำหนดว่าจะจับคู่ปั๊มกับกับดักความเย็นอย่างไร เวลาสูบช่วงท้ายกำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ เมื่อคำนวณสามค่านี้เสร็จ รุ่นก็แทบจะลู่เข้าสู่คำตอบ

หนึ่ง: จุดแรงดันใช้งาน เส้น 0.1 mbar นี้กันปั๊มระดับเดียวไว้ที่ประตู

ข้อกำหนดทางฟิสิกส์ของการทำแห้งแบบเยือกแข็งคือการระเหิด แรงดันห้องต้องต่ำกว่าแรงดันไออิ่มตัวของผิวน้ำแข็ง น้ำจึงจะเปลี่ยนจากของแข็งเป็นไอโดยตรง แรงดันไออิ่มตัวของน้ำแข็งลดลงเร็วเมื่ออุณหภูมิลดลง: −35 ℃ ประมาณ 0.22 mbar, −40 ℃ ประมาณ 0.13 mbar, −50 ℃ ประมาณ 0.039 mbar อุณหภูมิวัสดุยิ่งต่ำ แรงดันห้องที่ต้องการก็ยิ่งต่ำ ช่วงใช้งานทั่วไปของการทำแห้งขั้นปฐมภูมิอยู่ที่ 0.1～0.3 mbar

นำพารามิเตอร์ของผลิตภัณฑ์มาเทียบกับเส้นนี้ DPL-V0025A อัตราการสูบ 20 m³/h แรงดันสุดท้าย 0.5 mbar จุดใช้งาน 0.1 mbar ต่ำกว่าแรงดันสุดท้ายของปั๊มแล้ว ปั๊มสูบไม่ได้ที่จุดนี้ แรงดันทำได้เพียงอาศัยการรั่วและการคายก๊าซในการรักษาไว้ ในปั๊มน้ำมันแบบซีลระดับเดียวที่ไปถึง 0.1 mbar ได้คือ DPL-V0040A (ปิดแก๊สบาลาสต์ 0.1 mbar) ซึ่งพอดีอยู่บนขีดสุดท้าย ไม่มีเผื่อ

ปั๊มสองระดับคือคำตอบที่ตรงสำหรับเส้นนี้ DPL-2V18 อัตราการสูบ 17 m³/h แรงดันสุดท้าย 1×10⁻³ mbar; DPL-2V28 อัตราการสูบ 27.5 m³/h แรงดันสุดท้าย 1×10⁻³ mbar จุดใช้งานสูงกว่าแรงดันสุดท้ายสองอันดับขนาด อัตราการสูบจึงอยู่ใกล้ค่าบนป้าย หลักปฏิบัติข้อหนึ่ง: แรงดันใช้งานควรสูงกว่าแรงดันสุดท้ายของปั๊มมากกว่าหนึ่งอันดับขนาด 0.1 mbar กับ 1×10⁻³ mbar คือเผื่อสิบเท่า 0.1 mbar กับ 0.1 mbar คือเผื่อศูนย์ ดูพารามิเตอร์ได้ที่ /th/products/dp-2v18/ และ /th/products/dp-2v28/

สอง: ภาระไอน้ำ หากกับดักความเย็นรั่วผ่านสามในพัน ปั๊มก็รับเต็ม

ก่อนอื่นคำนวณว่าที่ 0.1 mbar น้ำมีปริมาตรเท่าใด น้ำแข็ง 20 kg หนึ่งชุดระเหิดหมดใน 24 ชั่วโมง อัตราเฉลี่ย 0.833 kg/h หรือ 2.31×10⁻⁴ kg/s ที่ 0.1 mbar (10 Pa), 20 ℃ คำนวณปริมาตรจำเพาะของไอน้ำตามก๊าซอุดมคติ: v = RT/P = 461.5 × 293 / 10 ≈ 13,500 m³/kg

อัตราการไหลเชิงปริมาตร = 2.31×10⁻⁴ × 13,500 ≈ 3.13 m³/s หรือ 11,300 m³/h

DPL-2V28 คือ 27.5 m³/h ต่างกัน 400 เท่า การหวังให้ปั๊มสูบน้ำในวัสดุออกโดยตรงนั้นใช้ไม่ได้กับการทำแห้งแบบเยือกแข็ง กับดักความเย็นจึงเป็นอุปกรณ์จำเป็น ไม่ใช่ตัวเลือกเสริม

หลังจากกับดักความเย็นดักน้ำไว้แล้ว สิ่งที่ปั๊มเผชิญคือส่วนที่เหลือที่ทะลุผ่านกับดักความเย็น น้ำแข็งบนผิวกับดักความเย็นที่ −50 ℃ มีแรงดันไออิ่มตัว 0.039 mbar ที่ห้อง 0.1 mbar ความดันย่อยของไอน้ำถูกกดให้ต่ำกว่าค่านี้ ตามทฤษฎีส่วนที่เหลืออยู่ในระดับมิลลิกรัมต่อชั่วโมงเท่านั้น แต่นี่คือค่าอุดมคติ: กับดักความเย็นมีเส้นทางลัดผ่าน เมื่อชั้นน้ำค้างหนาขึ้น อุณหภูมิผิวก็สูงขึ้น การใช้ค่าอัตราทะลุผ่านในระดับไม่กี่ส่วนพันจึงใกล้เคียงหน้างานมากกว่า การทะลุผ่าน 0.3% เทียบได้กับ 2.5 g/h ที่ 0.1 mbar เทียบเท่า 34 m³/h—อัตราการสูบ 27.5 m³/h ของ 2V28 หนึ่งเครื่องก็ถูกภาระนี้กินเต็ม

ดังนั้นปั๊มกับกับดักความเย็นเป็นพารามิเตอร์คู่ที่ต้องกำหนดพร้อมกัน แก๊สบาลาสต์ช่วยเพิ่มความทนต่อไอน้ำ แลกกับแรงดันสุดท้ายที่แย่ลง: 2V18 และ 2V28 ปิดแก๊สบาลาสต์ 1×10⁻³ mbar เปิดแก๊สบาลาสต์ 1.5×10⁻² mbar ที่ 1.5×10⁻² mbar ยังต่ำกว่าจุดใช้งาน 0.1 mbar การเปิดแก๊สบาลาสต์ในช่วงท้ายจึงทำได้; ปั๊มระดับเดียว DPL-V0040A เปิดแก๊สบาลาสต์ได้ 0.5 mbar ซึ่งสูงกว่าจุดใช้งาน จึงเปิดค้างไว้เป็นเวลานานไม่ได้

สาม: การสูบช่วงท้าย สิ่งที่ติดคือท่อ ไม่ใช่ปั๊ม

เวลาสูบประมาณตาม t = V/S × ln(P₁/P₂) ห้อง 1.2 m³ สูบจากแรงดันบรรยากาศถึง 1 mbar: 2V18 (17 m³/h) 29 min, 2V28 (27.5 m³/h) 18 min, DPL-2V80 (74 m³/h) 6.7 min ช่วงสูบขั้นต้นนี้ 2V28 ก็เพียงพอแล้ว

ช่วงที่กินเวลาจริงคือจาก 1 mbar ไป 0.1 mbar ต่ำกว่า 1 mbar การไหลของก๊าซเข้าสู่ช่วงเปลี่ยนผ่านและช่วงโมเลกุล ความนำการไหลของท่อประมาณขีดล่างด้วย C = 12.1 d³/L (L/s, d และ L ใช้ cm): DN25 ยาว 1.5 m ได้ C ≈ 1.26 L/s; ความเร็วในการสูบที่มีประสิทธิผล S_eff = 1/(1/S_pump + 1/C) = 1/(1/7.64 + 1/1.26) ≈ 1.08 L/s ห้อง 1.2 m³ ใช้เวลาช่วงนี้ 1,200/1.08 × ln10 ≈ 2,560 s, 43 min

คำนวณใหม่เมื่อเปลี่ยนขนาดท่อ:

ท่อทางเข้า	ความนำการไหล C	ความเร็วในการสูบที่มีประสิทธิผล	เวลาจาก 1→0.1 mbar
DN25 × 1.5 m	1.26 L/s	1.08 L/s	43 min
DN40 × 1.5 m	5.16 L/s	3.08 L/s	15 min
DN50 × 1.5 m	10.1 L/s	4.35 L/s	11 min
DN63 × 1.5 m	20.2 L/s	5.54 L/s	8 min

ทางเข้าของ 2V28 เป็น NW25 ตัวปั๊มไม่มีปัญหา สิ่งที่ติดคือท่อช่วงก่อนถึงปั๊ม เวลาสูบช่วงท้ายคำนวณตามขนาดท่อ ไม่ใช่ตามปั๊ม—ข้อนี้มักถูกละเลยหน้างาน ในตารางใช้ขีดล่างของการไหลแบบโมเลกุล บริเวณ 0.1 mbar จริง ๆ เป็นการไหลช่วงเปลี่ยนผ่าน ความนำการไหลจริงสูงกว่า วิธีนี้จึงค่อนไปทางอนุรักษ์

สี่: อัตราการรั่ว กำหนดว่ารักษาแรงดันได้หรือไม่ ไม่ได้กำหนดว่าปั๊มใหญ่แค่ไหน

ห้องรักษาแรงดัน 30 min แรงดันเพิ่มขึ้น 0.02 mbar ปริมาตร 1.2 m³ อัตราการรั่วที่เทียบเท่า Q = V·ΔP/t = 1,200 × 0.02 / 1,800 ≈ 0.013 mbar·L/s หากต้องการกำจัดก๊าซเหล่านี้ที่ 0.1 mbar ต้องใช้เพียง S = Q/P = 0.13 L/s ซึ่งเป็น 1.7% ของความสามารถในการสูบของ 2V28

มองเรื่องนี้สองด้าน: ก๊าซที่ไม่ควบแน่นไม่ใช่รายการหลักในการเลือกปั๊ม ขนาดปั๊มกำหนดจากเวลาสูบ; เมื่ออัตราการรั่วเกินมาตรฐานจะรักษาระดับสุญญากาศไว้ไม่ได้ เปลี่ยนปั๊มใหญ่ขึ้นหนึ่งขนาดก็ชดเชยกลับมาไม่ได้ การตรวจรับควรทำการทดสอบการเพิ่มขึ้นของแรงดันก่อน ซึ่งได้ผลกว่าการเปลี่ยนปั๊มก่อน (ค่าการเพิ่มขึ้นของแรงดันใช้ตามเกณฑ์ตรวจรับของโครงการ ส่วนค่าจริงเป็นไปตามข้อตกลงทางเทคนิคของอุปกรณ์)

สรุป

สถานการณ์	ปั๊มสำรอง	ประเด็นสำคัญ
1.2 m³ / แบตช์ 20 kg	DPL-2V28, 27.5 m³/h, 0.75 kW	ท่อทางเข้าทำ DN40 ขึ้นไป ช่วงท้าย 15 min
5 m³ / แบตช์ 100 kg	DPL-2V80, 74 m³/h, 3 kW	จากแรงดันบรรยากาศถึง 1 mbar 28 min ช่วงท้ายคำนวณแยก
หลายห้อง / กำลังผลิตสูง	2V80 + LC250 รูทบูสเตอร์ หรือชุดปั๊มสุญญากาศแบบครบชุด	รูทจะทำงานได้ต่อเมื่อปั๊มสำรองพร้อมก่อน

ข้อจำกัดอื่น ๆ ของสายการทำแห้งแบบเยือกแข็งสำหรับอาหารและยา (ความสะอาดของไอเสีย สภาพแวดล้อมการทำความสะอาด การทำงานต่อเนื่อง) ดูได้ที่ /th/industries/food-pharma/; เวลาสูบสามารถคำนวณย้อนกลับได้ก่อนด้วย /th/calculator/ พื้นที่ 60 Hz โปรดทราบ: บางรุ่นไม่เหมาะกับ 60 Hz ต้องยืนยันการกำหนดค่ากับผู้ผลิตก่อนสั่งซื้อ คำถามที่พบบ่อยอื่น ๆ ดูได้ที่ /th/faq/

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: ปั๊มสำรองของเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งต้องสูบถึงสุญญากาศเท่าใด? ตอบ: การทำแห้งขั้นปฐมภูมิทั่วไปใช้ 0.1～0.3 mbar แบบสัมบูรณ์ แรงดันห้องต้องต่ำกว่าแรงดันไออิ่มตัวของผิวน้ำแข็ง (−40 ℃ ประมาณ 0.13 mbar) จุดนี้ใช้ปั๊มสองระดับ: DPL-2V18 แรงดันสุดท้าย 1×10⁻³ mbar, 17 m³/h; DPL-2V28 27.5 m³/h
ถาม: ใช้ปั๊มน้ำมันแบบซีลระดับเดียวกับเครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งได้หรือไม่? ตอบ: ไม่แนะนำสำหรับจุดใช้งาน 0.1 mbar DPL-V0025A แรงดันสุดท้าย 0.5 mbar จุดใช้งานต่ำกว่าแรงดันสุดท้ายแล้ว; DPL-V0040A ปิดแก๊สบาลาสต์ 0.1 mbar พอดีอยู่บนแรงดันสุดท้าย ไม่มีเผื่อ ปั๊มสองระดับ DPL-2V18 และ 2V28 แรงดันสุดท้าย 1×10⁻³ mbar มีเผื่อมากกว่าหนึ่งอันดับขนาด
ถาม: เครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งสำหรับแบตช์ 20 kg ควรใช้ปั๊มสำรองขนาดใด? ตอบ: ห้อง 1.2 m³ ใช้ DPL-2V28 (27.5 m³/h, 0.75 kW) สูบจากแรงดันบรรยากาศถึง 1 mbar ประมาณ 18 min ไอน้ำรับผิดชอบโดยกับดักความเย็น—หากน้ำ 20 kg/24 h ถูกสูบตรงโดยไม่ผ่านกับดักความเย็น ที่ 0.1 mbar ต้องใช้ 11,300 m³/h
ถาม: เครื่องทำแห้งแบบเยือกแข็งสูบช้า ควรเปลี่ยนปั๊มก่อนหรือแก้ท่อก่อน? ตอบ: คำนวณความนำการไหลช่วงท้ายก่อน ท่อ DN25 ยาว 1.5 m ที่บริเวณ 0.1 mbar มีความนำการไหลประมาณ 1.26 L/s ทำให้ 7.64 L/s ของ 2V28 เหลือ 1.08 L/s ห้อง 1.2 m³ ใช้เวลา 43 min จาก 1→0.1 mbar; เปลี่ยนเป็น DN40 ลดเหลือ 15 min
ถาม: จะจับคู่กับดักความเย็นกับปั๊มสุญญากาศอย่างไร? ตอบ: คำนวณตามอัตราการทะลุผ่าน เมื่อกับดักความเย็นทะลุผ่าน 0.3% แบตช์ 20 kg/24 h ที่ 0.1 mbar เทียบเป็นภาระประมาณ 34 m³/h ใกล้เคียงอัตราการสูบเต็มของ 2V28 หนึ่งเครื่อง ต้องตรวจสอบประสิทธิภาพกับดักความเย็นและความสามารถรองรับไอน้ำของปั๊มไปพร้อมกัน ไม่ควรเลือกปั๊มตามปริมาตรห้องเพียงอย่างเดียว