Чиллер для плёночной линии: расчёт по чилл-роллу

Чиллер для плёночной линии рассчитывают по теплу расплава: полимер выходит из плоскощелевой головки с температурой 200–280 °C и за доли секунды остывает на охлаждающем валу — чилл-ролле — до температуры воды в нём. Калькулятор считает холодопроизводительность по полимеру и производительности линии, прибавляет запас и показывает расход воды на валы.

Откуда берётся тепло

• Расплав. Почти вся нагрузка — тепло полимера, которое он отдаёт валу при остывании и кристаллизации; у полиэтилена и полипропилена на кристаллизацию уходит до трети этого тепла.
• Второй и третий вал. Плёнка доостывает на следующих валах; они берут остаток тепла, и чиллер считают на все валы с водяным охлаждением вместе.
• Экструдер. Горловина и редуктор охлаждаются водой, но их доля мала; как считать экструдер с ванной или калибратором, разобрано в задаче о чиллере для экструдера.

Формула

Q_р = G × q / 3600

Q = Q_р × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• Q_р — тепло расплава, кВт; G — производительность линии, кг/ч; q — тепло, которое полимер отдаёт при остывании от температуры расплава до 30–40 °C, кДж/кг (таблица ниже).
• k — запас по холодопроизводительности, доля.
• V — расход воды через валы, м³/ч; Δt — нагрев воды в валах, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Расход воды на вал задаёт изготовитель линии: он выбран так, чтобы вода по ширине вала прогревалась не больше чем на 2–3 °C и плёнка не получила полос. Если паспортный расход больше расчётного, чиллер подбирают с гидромодулем на паспортный расход — как это связано с напором и объёмом бака, разобрано в справочнике о гидромодуле чиллера.

Пример расчёта

Линия плоской плёнки из ПЭНП производительностью 400 кг/ч, вода на валы 15 °C, запас 15 %.

1. Тепло расплава: Q_р = 400 × 620 / 3600 = 68,89 кВт.
2. С запасом: Q = 68,89 × 1,15 = 79,22 кВт, округлённо 79,2 кВт.
3. Расход воды: V = 79,22 / (1,163 × 5) = 13,6 м³/ч.

Типовые ошибки

• Задавать воду холоднее точки росы. Летом при воде 8–10 °C на валу выпадает конденсат, плёнка идёт с матовыми пятнами; воду держат 15–20 °C, а при общем контуре с другим оборудованием поднимают подмесом — расчёт температуры смешения.
• Считать по мощности нагревателей экструдера. Нагреватели почти не греют расплав в установившемся режиме — тепло даёт шнек; нагрузка на чиллер определяется килограммами полимера в час, а не киловаттами ТЭНов.
• Один чиллер на валы и экструдер без развязки. Редуктору и горловине нужна вода 25–30 °C, валам — 15 °C; при общей подаче либо валы тёплые, либо редуктор потеет. Контуры разводят через пластинчатый теплообменник или отдельный термостат.
• Экономить на запасе при увеличении производительности. Новая головка на 20 % шире — и чиллер уже на пределе: вода в валу теплеет, плёнка теряет прозрачность. Запас 15 % закладывают на рост, а не на ошибку расчёта; как пересчитать мощность при другом перепаде, показывает расчёт мощности по расходу и перепаду температур.

Плёнку с печатью и ламинацией считают вместе с секциями печатной машины — задача о чиллере для печатной машины.