Чиллер для рекуперации растворителя: расчёт конденсатора

Чиллер для рекуперации растворителя рассчитывают по количеству паров, которые нужно сконденсировать за час: каждый килограмм растворителя отдаёт теплоту конденсации и ещё немного тепла, пока жидкость остывает до температуры на выходе. Калькулятор считает холодопроизводительность по расходу и виду растворителя и температуре конденсата, а воду берёт на 5 °C холоднее конденсата.

Расчёт чиллера для конденсатора растворителя

Растворитель, кг/ч Растворитель Ацетон — кипит при 56 °C Этанол — 78 °C Изопропанол — 82 °C Этилацетат — 77 °C Толуол — 111 °C Гексан, нефрас — около 69 °C

Конденсат на выходе, °C Запас 10 % 15 % 20 %

Выносной конденсатор

Требуемый чиллер

39,0

кВт

Пары, кВт

28,9

Конденсат, кВт

5,01

Расход воды, м³/ч

6,70

Температура воды, °C

10

Подобрать чиллер на 39,0 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Оборудование не укладывается в калькулятор? Опишите задачу словами — ассистент посчитает нагрузку и подберёт чиллер

Что охлаждаете, сколько и при какой температуре Посчитать и подобрать

Откуда берётся тепло

• Конденсация паров. Основная нагрузка: пары из перегонного куба, сушильной камеры или станции регенерации отдают теплоту парообразования; у ацетона это около 520 кДж/кг, у этанола — около 840.
• Охлаждение конденсата. Жидкость стекает с теплообменника при температуре кипения и охлаждается до 10–20 °C, чтобы меньше испарялась в сборнике.
• Неконденсирующиеся газы. Воздух в парах снижает теплообмен, но почти не добавляет нагрузки; конденсатор с воздухом увеличивают по поверхности, а не по холоду.

Простая перегонка без флегмы — это и есть регенерация растворителя после мойки, печати или экстракции. Колонну с флегмовым числом считают иначе — задача о чиллере для ректификационной колонны.

Формула

Q_к = G × r / 3600

Q_о = G × c × (t_кип − t₂) / 3600

Q = (Q_к + Q_о) × (1 + k)

• Q_к — конденсация паров, кВт; G — расход растворителя, кг/ч; r — теплота конденсации, кДж/кг (таблица ниже).
• Q_о — охлаждение конденсата, кВт; c — теплоёмкость жидкого растворителя, кДж/(кг·°C); t_кип — температура кипения, °C; t₂ — конденсат на выходе, °C.
• k — запас, доля. Вода на конденсатор принята на 5 °C холоднее конденсата, нагрев воды 5 °C.

Для смеси растворителей берут теплоту конденсации по основному компоненту или средневзвешенную по массе. Если перегонку ведут под вакуумом, пары кипят холоднее, и для конденсата 0–5 °C нужен гликоль — исполнение из справочника о низкотемпературном гликолевом чиллере.

Пример расчёта

Регенерация 200 кг/ч ацетона, конденсат на выходе 15 °C, запас 15 %.

1. Конденсация: Q_к = 200 × 520 / 3600 = 28,89 кВт.
2. Охлаждение конденсата: Q_о = 200 × 2,2 × (56 − 15) / 3600 = 5,01 кВт.
3. С запасом: Q = (28,89 + 5,01) × 1,15 = 38,99 кВт, округлённо 39,0 кВт.
4. Вода на конденсатор: 15 − 5 = 10 °C, расход 38,99 / (1,163 × 5) = 6,70 м³/ч.

Типовые ошибки

• Считать по нагреву куба без запаса. Пар, который даёт куб, сконденсируется весь, только если чиллер снимет всю мощность нагревателя; при меньшем чиллере растворитель уходит в вытяжку. Нагрузку проверяют и по мощности нагрева куба.
• Вода теплее конденсата. При воде 15 °C и конденсате 15 °C поверхность конденсатора должна быть бесконечной; разница 5 °C — минимум для кожухотрубного аппарата, выбор которого разобран в справочнике о кожухотрубном теплообменнике.
• Обычный чиллер рядом с парами. Пары ацетона, этанола и гексана образуют взрывоопасную смесь; чиллер ставят вне зоны или берут исполнение из справочника о взрывозащищённом чиллере.
• Гликоль на −10 °C ради «лучше конденсирует». Ниже 0 °C на стенках конденсатора намерзает влага из воздуха, и теплообмен падает; холодный конденсатор нужен только под вакуумом, а концентрацию гликоля считает расчёт концентрации гликоля.

Вопросы и ответы

Сколько холода нужно на конденсацию растворителя?

На конденсацию растворителя нужно столько, сколько даёт его теплота парообразования: 200 кг/ч ацетона отдают около 29 кВт (520 кДж/кг), этанол при том же расходе — около 47 кВт (840 кДж/кг). К этому добавляют охлаждение конденсата до 10–20 °C и запас 15 %.

Какая температура воды нужна на конденсатор растворителя?

Воду на конденсатор растворителя берут на 5 °C холоднее требуемой температуры конденсата: для конденсата 15 °C — воду 10 °C. Если перегонку ведут под вакуумом и конденсат нужен при 0–5 °C, вода не годится, и контур работает на гликоле.

Мешает ли воздух в парах конденсации?

Воздух в парах снижает теплообмен, но почти не добавляет нагрузки на чиллер: неконденсирующиеся газы заставляют увеличивать поверхность конденсатора, а не холодопроизводительность. Нагрузка остаётся равной теплоте конденсации растворителя плюс охлаждение конденсата.