结晶搅拌除湿干燥设备的处理能力如何计算？PET结晶干燥机，PLA结晶搅拌机

结晶搅拌除湿干燥设备的处理能力计算需结合物料特性、工艺参数及设备结构参数，通过**物料平衡原理**和**工艺时间模型**进行量化分析。以下是具体计算方法及关键公式：

### 一、核心计算逻辑

处理能力（kg/h）= **单次处理量（kg）** ÷ **总处理时间（h）**  

需同时满足两个约束条件：  

1. **物料装载量不超过设备有效容积承载能力**  

2. **水分去除速率满足目标含水率要求**

### 二、分步计算步骤

#### **1. 单次处理量计算（基于容积）**  

$$

M_{\text{单次}} = V_{\text{有效}} \times \rho_{\text{堆积}} \times \eta_{\text{装载率}}

$$  

- **$V_{\text{有效}}$**：设备有效容积（m3），即物料实际填充空间（扣除搅拌结构占用体积）  

- **$\rho_{\text{堆积}}$**：物料堆积密度（kg/m3），PLA颗粒约为 600-700 kg/m3（视粒径和结晶度而定）  

- **$\eta_{\text{装载率}}$**：推荐范围 60%-80%（避免搅拌效率下降，公式中取中间值 70% 计算）  

**示例**：若 $V_{\text{有效}}=1m3$，$\rho_{\text{堆积}}=650kg/m3$，则  

$$M_{\text{单次}} = 1 \times 650 \times 0.7 = 455kg$$

#### **2. 总处理时间计算（结晶+干燥阶段）**  

$$

t_{\text{总}} = t_{\text{结晶}} + t_{\text{干燥}}

$$  

- **$t_{\text{结晶}}$**：结晶段时间（h），取决于目标结晶度（如从10%到40%需2-4h，取3h）  

- **$t_{\text{干燥}}$**：干燥段时间（h），由初始含水率（$w_{\text{初}}$）和目标含水率（$w_{\text{终}}$）决定，通过水分去除速率计算：  

 $$

 t_{\text{干燥}} = \frac{M_{\text{单次}} \times (w_{\text{初}} - w_{\text{终}})}{Q_{\text{吸湿}} \times V_{\text{有效}}}

 $$  

 - **$Q_{\text{吸湿}}$**：动态吸湿速率（kgH?O/(m3·h)），典型值 0.3-0.8（取0.5）  

 - **示例**：$w_{\text{初}}=1.5\%$（0.015kg/kg），$w_{\text{终}}=0.005\%$（0.00005kg/kg），则  

   $$

   t_{\text{干燥}} = \frac{455 \times (0.015 - 0.00005)}{0.5 \times 1} = \frac{6.70225}{0.5} \approx 13.4h

   $$  

   （注：实际因干燥风露点低、气固接触效率高，干燥时间通常通过设备参数表直接获取，此处公式仅为原理演示，实际应结合设备实测数据）

#### **3. 处理能力修正（考虑连续运行）**  

若设备支持**批次连续运行**（前一批干燥时，下一批预结晶），则实际处理能力需结合缓存时间：  

$$

Q_{\text{产能}} = \frac{M_{\text{单次}} \times n}{t_{\text{总}} + t_{\text{辅助}}}

$$  

- **$n$**：并行处理批次（如双腔体交替运行，$n=2$）  

- **$t_{\text{辅助}}$**：上料/下料/吹扫等辅助时间（h，通?！?.5h）

### 三、水分去除能力校核（关键约束条件）  

需确保设备每小时去除水分量 ≥ 实际需去除水分量：  

$$

Q_{\text{除湿系统}} \geq M_{\text{单次}} \times (w_{\text{初}} - w_{\text{终}}) / t_{\text{干燥}}

$$  

- **$Q_{\text{除湿系统}}$**：除湿系统额定除水量（kgH?O/h），由干燥风露点、风量等参数决定（如某设备标注 $Q_{\text{除湿}}=10kgH?O/h$）  

- **示例**：若需每批次去除水分 6.7kg（见步骤2），干燥时间 2h，则需 $Q_{\text{除湿}} \geq 3.35kgH?O/h$，需匹配设备除湿能力。

### 四、工程化计算公式（经验模型）  

实际应用中，设备厂商常提供简化公式（以PLA为例）：  

$$

Q_{\text{额定}} = k \times V_{\text{有效}} \times \frac{\Delta w}{t_{\text{干燥}}}

$$  

- **$k$**：经验系数（0.4-0.6，反映搅拌效率和气流组织优化程度）  

- **$\Delta w$**：含水率变化（kgH?O/kg，即$w_{\text{初}} - w_{\text{终}}$）  

### 五、影响处理能力的关键因素  

1. **物料特性**：  

  - 初始含水率越高，干燥时间越长，处理能力下降；  

  - 结晶度目标越高（如从30%到50%），结晶段时间增加。  

2. **设备设计**：  

  - 搅拌效率（转速、叶片结构）影响结晶均匀性，间接影响处理时间；  

  - 除湿系统露点（-40℃ vs -50℃）和风量决定水分去除速率上限。  

3. **工艺参数**：  

  - 温度控制精度（±1℃）不足时，可能需延长保温时间；  

  - 装载率超过80%会导致流场不均，处理能力非线性下降。

### 六、实例计算（假设参数）  

| 参数          | 数值          |

|---------------|---------------|

| 有效容积      | 2m3           |

| 堆积密度      | 650kg/m3      |

| 装载率        | 70%           |

| 初始含水率    | 1.2%          |

| 目标含水率    | 0.005%        |

| 结晶时间      | 3h            |

| 干燥时间      | 2h            |

| 辅助时间      | 0.3h          |

1. 单次处理量：$2 \times 650 \times 0.7 = 910kg$  

2. 总处理时间：$3 + 2 + 0.3 = 5.3h$  

3. 处理能力：$910 / 5.3 \approx 171.7kg/h$  

（注：实际需通过设备热平衡测试和物料干燥曲线校准，以上为理论估算）

### 总结  

处理能力计算需围绕**容积负载**、**时间效率**、**水分去除能力**三大核心，结合物料特性与设备参数进行交叉验证。工程选型时，建议优先参考厂商提供的**实测工况数据**（如标准工况下PLA处理量@进料含水率1.5%、出料50ppm），并预留20%-30%的设计裕量以应对波动工况。