板式换热器的计算主要包括热负荷计算、换热面积计算和板间流速计算。以下是详细的计算步骤和公式:
热负荷计算
公式:$Q = cm\Delta t$
其中:
$Q$:热负荷(kcal/h)
$c$:介质比热(Kcal/Kg·℃)
$m$:介质质量流量(Kg/h)
$\Delta t$:介质进出口温差(℃)
注:水的比热为1.0 Kcal/Kg·℃。
换热面积计算
公式:$A = \frac{Q}{K \cdot \Delta t_m}$
其中:
$A$:换热面积(㎡)
$K$:传热系数(Kcal/㎡·℃)
$\Delta t_m$:对数平均温差
$K$值根据经验取值,流速越大,$K$值越大。水侧板间流速一般在0.2~0.8m/s,汽侧板间流速一般在15m/s以内。
板间流速计算
公式:$V = \frac{q}{A \cdot n}$
其中:
$V$:板间流速(m/s)
$q$:体积流量(m³/h)
$A$:单通道截面积(㎡)
$n$:流道数
对数平均温差计算
对于两种流体,温差分布通常不均匀,因此需要使用对数平均温差(LMTD)法进行计算:
$\Delta t_m = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln \frac{\Delta T_1}{\Delta T_2}}$
其中,$\Delta T_1$和$\Delta T_2$分别是热流体入口与冷流体出口的温差,及热流体出口与冷流体入口的温差。
传热系数计算
$K$值通常根据经验取值,高的可达6980~8150 W/(m²·K),比管壳式换热器高出2~3倍。
示例计算
假设:
一次水进水温度:80℃
一次水流量:7m³/h
一次水出水温度:60℃
二次水进水温度:10℃
二次水流量:7m³/h
二次水出水温度:60℃
热负荷计算
$Q = 1 \times 7 \times 1000 \times (80 - 60) = 140000$ Kcal/h
初选换热面积
$\Delta t_m = \frac{(60 - 10) - (80 - 60)}{\ln \frac{60 - 10}{80 - 60}} = 3.4$℃
$K = 5000$ Kcal/h·℃
$A = \frac{140000}{5000 \times 3.4} = 8.23$ m²
取设计余量10%,则$A = 10$ m²
流速校核
需用单板面积为0.27 m²的板片约33片
初选流道布置方案:1x16/1x16有效换热面积$A_c = 0.27 \times 32 = 8.64$ m²
根据“板式换热器整机技术参数表”选BR03型,其重要几何参数:
单板换热面积:0.27 m²
单通道截面积:0.0012 m²
角孔直径:DN80
一次水侧流速:$V_1 = \frac{7}{3600 \times 0.0012 \times 16} = 0.1$ m/s
二次水侧流速:$V_2 = \frac{7}{3600 \times 0.0