Чиллер для винтеризации масла: расчёт охлаждения партии

Чиллер для винтеризации масла рассчитывают по теплу, которое нужно отнять у партии растительного масла за время охлаждения: масса, начальная и конечная температура, часы. Калькулятор считает холодопроизводительность с учётом мешалок и теплопритоков к кристаллизатору, расход воды и её температуру — на 5 °C холоднее масла в конце охлаждения.

Откуда берётся тепло

• Масло. Основная нагрузка — физическое тепло партии: тонны масла остывают на 15–25 °C за несколько часов.
• Мешалки. Мешалка кристаллизатора работает всё время охлаждения и созревания, и её мощность почти целиком переходит в тепло масла.
• Теплопритоки. Аппарат и трубопроводы стоят в цехе с температурой выше масла; без изоляции этот приток заметен, особенно летом.
• Кристаллизация восков. Воски выделяют теплоту плавления, но их в масле доли процента, и эта часть мала по сравнению с теплом самого масла.

Мешалки, теплопритоки и воски калькулятор учитывает одной надбавкой 10 % к теплу масла.

Формула

Q_м = M × 1000 × c × (t₁ − t₂) / (3600 × τ)

Q = Q_м × 1,1 × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• Q_м — тепло масла, кВт; M — масса масла в партии, т; c — теплоёмкость растительного масла, принята 2,0 кДж/(кг·°C).
• t₁, t₂ — температура масла в начале и в конце охлаждения, °C; τ — время охлаждения, ч.
• 1,1 — надбавка 10 % на мешалки, теплопритоки и кристаллизацию восков; k — запас по холодопроизводительности, доля.
• V — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды в рубашке, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Вода на кристаллизатор принята на 5 °C холоднее конечной температуры масла. Если масло охлаждают ниже 10 °C, вода нужна холоднее 5 °C: чиллер работает на гликоле, и подбор индивидуальный — об этом справочник о низкотемпературном гликолевом чиллере.

Чем медленнее охлаждение, тем меньше чиллер, но время задаёт технология, а не холодильщик: слишком быстрое охлаждение даёт мелкие кристаллы восков, которые забивают фильтр. Как время охлаждения связано с мощностью для любой ёмкости, показывает расчёт времени охлаждения жидкости.

Пример расчёта

Партия 20 т подсолнечного масла охлаждается в кристаллизаторе с 30 до 10 °C за 6 ч, запас 15 %.

1. Тепло масла: Q_м = 20 × 1000 × 2,0 × (30 − 10) / (3600 × 6) = 800 000 / 21 600 = 37,04 кВт.
2. Мешалки и потери: 37,04 × 0,1 = 3,70 кВт.
3. С запасом: Q = (37,04 + 3,70) × 1,15 = 46,85 кВт, округлённо 46,9 кВт.
4. Расход воды: V = 46,85 / (1,163 × 5) = 8,06 м³/ч.
5. Вода на кристаллизатор: 10 − 5 = 5 °C — в пределах серийных чиллеров.

Типовые ошибки

• Считать по суткам, а не по часам охлаждения. Если разделить тепло партии на весь цикл с созреванием и фильтрацией, чиллер выходит в разы меньше нужного, и масло не успевает остыть к началу созревания.
• Подавать воду намного холоднее масла. Стенка рубашки переохлаждается, воски кристаллизуются на ней мелкой коркой, теплообмен падает, а фильтрация замедляется.
• Не учесть несколько кристаллизаторов. Если аппараты загружают со сдвигом, пики нагрузки складываются, и считать нужно по числу одновременно охлаждаемых партий; сгладить пики помогает буферный бак — расчёт объёма бака-аккумулятора.
• Забыть про изоляцию. Неизолированный аппарат в тёплом цехе добирает тепло из воздуха всё время созревания, и запас чиллера уходит на теплопритоки — толщину изоляции подбирает расчёт теплоизоляции трубопровода.

Похожим образом считают охлаждение продукта в рубашке после варки — задача о чиллере для варочного котла — и отвод тепла реакции в чиллере для химического реактора.