結晶攪拌除濕干燥設備的處理能力如何計算？PET結晶干燥機，PLA結晶攪拌機

結晶攪拌除濕干燥設備的處理能力計算需結合物料特性、工藝參數及設備結構參數，通過**物料平衡原理**和**工藝時間模型**進行量化分析。以下是具體計算方法及關鍵公式：

### 一、核心計算邏輯

處理能力（kg/h）= **單次處理量（kg）** ÷ **總處理時間（h）**  

需同時滿足兩個約束條件：  

1. **物料裝載量不超過設備有效容積承載能力**  

2. **水分去除速率滿足目標含水率要求**

### 二、分步計算步驟

#### **1. 單次處理量計算（基于容積）**  

$$

M_{\text{單次}} = V_{\text{有效}} \times \rho_{\text{堆積}} \times \eta_{\text{裝載率}}

$$  

- **$V_{\text{有效}}$**：設備有效容積（m3），即物料實際填充空間（扣除攪拌結構占用體積）  

- **$\rho_{\text{堆積}}$**：物料堆積密度（kg/m3），PLA顆粒約為 600-700 kg/m3（視粒徑和結晶度而定）  

- **$\eta_{\text{裝載率}}$**：推薦范圍 60%-80%（避免攪拌效率下降，公式中取中間值 70% 計算）  

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

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

#### **2. 總處理時間計算（結晶+干燥階段）**  

$$

t_{\text{總}} = t_{\text{結晶}} + t_{\text{干燥}}

$$  

- **$t_{\text{結晶}}$**：結晶段時間（h），取決于目標結晶度（如從10%到40%需2-4h，取3h）  

- **$t_{\text{干燥}}$**：干燥段時間（h），由初始含水率（$w_{\text{初}}$）和目標含水率（$w_{\text{終}}$）決定，通過水分去除速率計算：  

 $$

 t_{\text{干燥}} = \frac{M_{\text{單次}} \times (w_{\text{初}} - w_{\text{終}})}{Q_{\text{吸濕}} \times V_{\text{有效}}}

 $$  

 - **$Q_{\text{吸濕}}$**：動態吸濕速率（kgH?O/(m3·h)），典型值 0.3-0.8（取0.5）  

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

   $$

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

   $$  

   （注：實際因干燥風露點低、氣固接觸效率高，干燥時間通常通過設備參數表直接獲取，此處公式僅為原理演示，實際應結合設備實測數據）

#### **3. 處理能力修正（考慮連續運行）**  

若設備支持**批次連續運行**（前一批干燥時，下一批預結晶），則實際處理能力需結合緩存時間：  

$$

Q_{\text{產能}} = \frac{M_{\text{單次}} \times n}{t_{\text{總}} + t_{\text{輔助}}}

$$  

- **$n$**：并行處理批次（如雙腔體交替運行，$n=2$）  

- **$t_{\text{輔助}}$**：上料/下料/吹掃等輔助時間（h，通常≤0.5h）

### 三、水分去除能力校核（關鍵約束條件）  

需確保設備每小時去除水分量 ≥ 實際需去除水分量：  

$$

Q_{\text{除濕系統}} \geq M_{\text{單次}} \times (w_{\text{初}} - w_{\text{終}}) / t_{\text{干燥}}

$$  

- **$Q_{\text{除濕系統}}$**：除濕系統額定除水量（kgH?O/h），由干燥風露點、風量等參數決定（如某設備標注 $Q_{\text{除濕}}=10kgH?O/h$）  

- **示例**：若需每批次去除水分 6.7kg（見步驟2），干燥時間 2h，則需 $Q_{\text{除濕}} \geq 3.35kgH?O/h$，需匹配設備除濕能力。

### 四、工程化計算公式（經驗模型）  

實際應用中，設備廠商常提供簡化公式（以PLA為例）：  

$$

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

$$  

- **$k$**：經驗系數（0.4-0.6，反映攪拌效率和氣流組織優化程度）  

- **$\Delta w$**：含水率變化（kgH?O/kg，即$w_{\text{初}} - w_{\text{終}}$）  

### 五、影響處理能力的關鍵因素  

1. **物料特性**：  

  - 初始含水率越高，干燥時間越長，處理能力下降；  

  - 結晶度目標越高（如從30%到50%），結晶段時間增加。  

2. **設備設計**：  

  - 攪拌效率（轉速、葉片結構）影響結晶均勻性，間接影響處理時間；  

  - 除濕系統露點（-40℃ vs -50℃）和風量決定水分去除速率上限。  

3. **工藝參數**：  

  - 溫度控制精度（±1℃）不足時，可能需延長保溫時間；  

  - 裝載率超過80%會導致流場不均，處理能力非線性下降。

### 六、實例計算（假設參數）  

| 參數          | 數值          |

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

| 有效容積      | 2m3           |

| 堆積密度      | 650kg/m3      |

| 裝載率        | 70%           |

| 初始含水率    | 1.2%          |

| 目標含水率    | 0.005%        |

| 結晶時間      | 3h            |

| 干燥時間      | 2h            |

| 輔助時間      | 0.3h          |

1. 單次處理量：$2 \times 650 \times 0.7 = 910kg$  

2. 總處理時間：$3 + 2 + 0.3 = 5.3h$  

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

（注：實際需通過設備熱平衡測試和物料干燥曲線校準，以上為理論估算）

### 總結  

處理能力計算需圍繞**容積負載**、**時間效率**、**水分去除能力**三大核心，結合物料特性與設備參數進行交叉驗證。工程選型時，建議優先參考廠商提供的**實測工況數據**（如標準工況下PLA處理量@進料含水率1.5%、出料50ppm），并預留20%-30%的設計裕量以應對波動工況。