Чиллер для вакуумного насоса: расчёт охлаждения водяного кольца

Чиллер для водокольцевого вакуумного насоса считают по мощности его двигателя и по пару, который насос откачивает: работа сжатия и трения переходит в тепло рабочей жидкости кольца, а водяной пар из откачиваемого газа конденсируется в кольце и отдаёт ему скрытую теплоту. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по числу насосов, мощности и количеству пара и покажет расход воды.

Расчёт чиллера для вакуумного насоса

Число насосов Двигатель насоса, кВт

Пар в откачиваемом газе, кг/ч

Температура воды, °C Запас 10 % 15 % 20 %

Выносной конденсатор

Требуемый чиллер

37,0

кВт

Насосы, кВт

25,5

Конденсация пара, кВт

6,67

Расход воды, м³/ч

6,36

Температура воды, °C

12

Подобрать чиллер на 37,0 кВт

Подбор модели откроется на сайте производителя xiron.ru

Откуда берётся тепло

• Сжатие и трение. Рабочее колесо гонит жидкостное кольцо, сжимает газ и трётся о воду: ориентировочно 85 % мощности на валу становится теплом кольца. Потери двигателя уходят в воздух, а не в воду.
• Конденсация пара. При откачке из сушилок, выпарных аппаратов, деаэраторов и камер вакуумной упаковки влажного продукта вместе с воздухом идёт водяной пар, и в холодном кольце он конденсируется, отдавая около 2400 кДж на килограмм. На влажных процессах это главная нагрузка.
• Откачиваемый газ. Горячий газ из аппарата приносит своё тепло, но его масса мала, и эту добавку закрывает запас.
• Насос циркуляции кольца. В замкнутой схеме рабочую жидкость гоняют через сепаратор и теплообменник; мощность этого насоса считают как в расчёте тепловыделений от электродвигателей.

Температура кольца определяет достижимый вакуум: чем холоднее вода, тем ниже давление насыщенного пара и тем глубже вакуум. Поэтому кольцо держат при 15–20 °C и охлаждают водой 10–15 °C от чиллера через пластинчатый теплообменник, а не проточной водопроводной водой.

Формула

Q_н = 0,85 × n × N

Q_п = G_п × 2400 / 3600

Q = (Q_н + Q_п) × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

n — число насосов, работающих одновременно; N — мощность двигателя одного насоса, кВт; 0,85 — доля мощности, уходящая в тепло кольца; Q_н — тепло от насосов, кВт; G_п — водяной пар в откачиваемом газе, кг/ч, суммарно по всем насосам; 2400 — скрытая теплота конденсации, кДж/кг; Q_п — тепло конденсации, кВт; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Количество пара точнее берут из технологического расчёта аппарата или по паспорту насоса, где указан предельный расход пара для заданного вакуума. Для выпарных аппаратов перед насосом обычно ставят конденсатор, и на кольцо приходится только остаток; как считают охлаждение самого продукта, показано в задаче о чиллере для реактора.

Пример расчёта

Два водокольцевых насоса с двигателями по 15 кВт откачивают камеру вакуумной упаковки влажного продукта, пар в газе 10 кг/ч, вода 12 °C, запас 15 %.

1. Тепло от насосов: 0,85 × 2 × 15 = 25,5 кВт.
2. Конденсация пара: 10 × 2400 / 3600 = 6,667 кВт.
3. Сумма: 25,5 + 6,667 = 32,167 кВт.
4. Холодопроизводительность: 32,167 × 1,15 = 36,99 кВт, округлённо 37,0 кВт.
5. Расход воды: 36,99 / (1,163 × 5) = 6,36 м³/ч.

Как выглядит установка на 37,0 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 35 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Забыть пар. На выпарке или сушке конденсация даёт больше тепла, чем сам насос: 40 кг/ч пара — это 27 кВт против 13 кВт от насоса на 15 кВт. Чиллер, посчитанный по двигателю, не удержит кольцо, вакуум упадёт, и аппарат не выйдет на режим.
• Тёплая вода в кольце «для экономии». При кольце 30 °C предельный вакуум хуже, чем при 15 °C, и производительность насоса по сухому воздуху падает на десятки процентов. Экономия на чиллере оборачивается вторым насосом.
• Вода чиллера прямо в кольцо. Рабочая жидкость уносит из процесса масло, пыль и продукт, и всё это оказывается в испарителе. Контуры разделяют промежуточным теплообменником, а воду чиллера готовят по справочнику о воде для чиллера.
• Один чиллер на насосы с разным графиком. Насосы включаются по циклу упаковки, и нагрузка скачет от нуля до полной. Без бака-аккумулятора компрессор работает короткими пусками; при нескольких насосах чиллер ставят с несколькими контурами или по схеме модульного чиллера.