Чиллер для формования пенополистирола: расчёт по пару

Чиллер для формования пенополистирола рассчитывают по расходу пара: формовочный автомат спекает гранулы паром, а потом охлаждает форму водяным душем и вакуумом, и в охлаждающую воду уходит около половины тепла пара. Калькулятор считает холодопроизводительность по числу автоматов и расходу пара на каждый, прибавляет запас и показывает расход воды.

Откуда берётся тепло

• Пар. За цикл пар прогревает алюминиевую форму и гранулы до 110–120 °C; это тепло потом нужно отвести, иначе изделие не стабилизируется и его выбьет из формы с раздувом.
• Форма. Масса формы в десятки раз больше массы изделия, и основное тепло, которое снимает вода, — тепло самой формы, а не пенополистирола.
• Вакуум. При вакуумном охлаждении часть тепла уносит испаряющаяся вода, поэтому в воду уходит около половины тепла пара; без вакуума, только душем, — около 70 %.
• Вакуумные насосы. Водокольцевые насосы охлаждаются той же водой; их тепло — мощность двигателя — прибавляют к результату, если насосы на общем контуре.

Формула

Q_п = n × D × r / 3600

Q = Q_п × φ × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• Q_п — тепло пара, кВт; n — число автоматов; D — расход пара на один автомат, кг/ч, из паспорта или по счётчику; r — теплота конденсации пара низкого давления, принята 2200 кДж/кг.
• φ — доля тепла пара, уходящая в охлаждающую воду: 0,5 при водяном душе с вакуумом, 0,7 при охлаждении только душем.
• k — запас по холодопроизводительности, доля; V — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Паспортный расход — это среднее за час работы; пиковый расход в момент продувки выше в несколько раз, но его сглаживает масса формы, и чиллер считают по среднему с буферным баком — расчёт объёма бака-аккумулятора. Для цеха с четырьмя и больше автоматами, которые работают не одновременно, расход берут по тем, что загружены в смену.

Пример расчёта

Два формовочных автомата с расходом пара по 150 кг/ч, охлаждение душем и вакуумом, вода 15 °C, запас 15 %.

1. Тепло пара: Q_п = 2 × 150 × 2200 / 3600 = 183,3 кВт.
2. В воду при душе с вакуумом: 183,33 × 0,5 = 91,67 кВт.
3. С запасом: Q = 91,67 × 1,15 = 105,42 кВт, округлённо 105,4 кВт.
4. Расход воды: V = 105,42 / (1,163 × 5) = 18,1 м³/ч.

Типовые ошибки

• Считать по изделию. Килограмм пенополистирола при остывании отдаёт меньше тепла, чем килограмм алюминиевой формы, а форма весит в десятки раз больше; расчёт по массе изделий занижает чиллер в разы.
• Брать градирню вместо чиллера для сокращения цикла. Градирня даёт воду на 5–10 °C теплее наружного воздуха, и летом цикл растягивается на десятки секунд; разница в производительности линии посчитана в справочнике «градирня или чиллер».
• Открытый контур душа прямо на испаритель. Вода душа собирает гранулы, смазку формы и накипь; её отделяют от чиллера пластинчатым теплообменником, иначе испаритель зарастает — требования к воде в справочнике о воде для чиллера.
• Не учесть предвспениватель и сушку. Предвспениватель работает на паре, но охлаждается воздухом, его в нагрузку не включают; а вот водяные охладители вакуумных насосов и компрессора включают — тепло компрессора считают по задаче о чиллере для винтового компрессора.

Вакуумная термоформовка листа пенополистирола и полистирола считается иначе — по массе полимера, как в задаче о чиллере для термоформовки.