板式換熱器計算題

1、體力學及熱工疔該熱交換器由四個分段且成:兩個加熱段- T用熱牛奶預熱例題已知下列數(shù)據(jù),試進行殺菌及冷卻牛奶的綜合式熱交換器的流剛進入之冷牛奶的“預熱段”以及用熱水進行牛奶殺菌的“殺菌段”，兩個冷卻 段-F冷水冷卻段及鹽水冷卻段。已知數(shù)據(jù)如下:(1)設備生產(chǎn)能力G = 1 0 0 0 0公斤/時(2 )牛奶的起始溫度t 工=10 3(3 )殺菌溫度t 3 7 2 匕4 )熱回收系數(shù)e = 0 8注：熱回收系數(shù)為預熱工段熱牛奶的熱量回收效率，可按下式表示之:5 =/( t 3 - t 1 )(5)牛奶經(jīng)水冷卻段后出口溫度t«= 1 2 n (6)牛奶最終冷卻溫度(7)冷卻水溫度(8)冷卻

2、水的倍數(shù)(9)熱水起始溫度(10) 熱水倍數(shù)(11) 鹽水起始溫度(1)鹽水倍數(shù)(13)牛奶平均比熱4tzP- - 5 t!n * = 2Cn = 0. 9 4 K c a 1 / k g t?(14)熱水和冷水的平均比熱Cb = 1 0(15)牛奶平均比重二.有關設備方面的數(shù)據(jù)換熱器之傳熱板擬選用圖B p 2- 65 型波紋板，板的縱剖視如圖44 3、4 - 4 4所示。數(shù)據(jù)如下：(1 )板的工作面積(2 )兩板間的間隙板的厚度= 1.2 mm(4 )液流部分寬度(板的有效寬度)b0.27mI小時匕(5 )導熱系數(shù)(6 )板高(7 )板寬(8 )板上的波紋數(shù)(9)波紋節(jié)距a cm = 1 3

3、 K c a 11.0 2 5 mm3 15 mm2 9個2 2 mm3j<4-44 波紋傳熱板縱剖視(1)確定計算必需的起始溫度和終了溫度 牛奶經(jīng)過熱回收工段后之溫度t = tj+7 t3- t|)Q 10 + (72-10) x 0 8 = 59 6 匕 殺菌過的牛奶經(jīng)熱回收后的溫度GCn (ts- t J = GCq (t J- ti+ ts- ta= 10+72-59 6-22. 4 t熱水及離開設備出口時的溫度:熱水:=7 4 ( 7 2 - 5 9 6 )1x4=71 1 t冷水離開出口時溫度C n= t? + (t 5 )c B n c0.94=8 + ( 2 2 4 -

4、1 2 )1x3鹽水離開設備岀口時之溫度C nt*p = t p + ( 切Cpnp09 4=5 +(1 2 _ 4 )0.8x2=-0 4 t(2)確定平均溫度差22 4 一 10 = 12.預熱段(熱回收段)=t X -A t2= ts- t2= 7 2 - 5 9 . 6 = 1 2.V 1 < 2 t z1 2 4 + 12 4-12, 4 匕 殺菌段:最大溫差最小溫差 t 2 =2=7 t J. - t 2: t m2 t i1 n t 2 =5.4 t 水冷卻段：最大溫差 = t < t b 2最小溫差七2=t紜=1 t 工 - t 2 t ms =A 11I n=7

5、r t1 6-59 6 = 1 1. 5 t4 - 7 2 = 2 匕1 1 5 21 151 n22 4一11 3 - 1 1 > 1 t!2 - 8 = 4 t1 1 1-4= I' I 1 1 1 鹽水冷卻段： 最大溫差 t工= 最小溫差 t廠t es =12 ( 0 4)=ta tpss4 (-5) = 9匕A t !< 2 故可用算術平均計算1 2 4 + 9 Zst_-10. 7 1c2（3 ）確定傳熱量9 4 ( 5 9 6 -Q予=G Cn ( t 2- t 人)= 1 0, 0 0 0 x 0= 4 6 6,5 0 0 k c a 1 / 時殺菌段：Q.=

6、 GCq (- tz)- 1 0, 0 0 0 x 0 9 4 (72-59 6 )1 1 6, 6 0 0 k c a 1 / 時 水冷卻段 Q水=G Cn ( t- 1 0, 0 0 0 x 0.= 97, 8 0 0 k c a 鹽水冷卻段Q鹽= gcd( ts t= 10, 0 0 0 x 0.9 4 ( 2 2 4-12)1 /時9 4 (12-4)- 7 5, 2 0 0 k c a 1 / 0 寸（4 ）選擇牛奶液流速度或疊板的組合已知設備生產(chǎn)能力，并選定了板的形式，則牛奶的流速及疊板組的配置（疊 板組中平行通道數(shù)）是相互聯(lián)系的即選定了其中一個參數(shù)，即可確定另一個參數(shù)。為便于下面

7、的計算，可先選定牛奶在板民通道中之流速：V = 0 2 5 M / 秒 疊板組中的通道數(shù)可由下式?jīng)Q定之：Q1 0m Vbh畑 3 6 0 0 x 0. 2 5 x 0 2 7 x 0. 0 2 8 -14.7式中：m每組聲板間的通道數(shù)Q流量M?/時V液流在通道中之流速M/秒 b 傳熱板上液流部分寬度Mh兩傳熱板間的間隙M疊板組通道數(shù)采用1 5 ,修正牛奶之流速1 47V = 0 . 2 5 x 0 2 4 5 M / 秒1 51 因熱水流量為牛奶流量之4倍（n c = 4 ）,故熱水的流速可取1 “ 2倍2的牛奶流速。計算按V擔從=2V牛磯=049M/'秒，已知冷水倍數(shù)為n B 亠3

8、,鹽水倍數(shù)n = 2 ,其流速可選取牛奶速度之1 - 2倍，即每組疊析板的 通道數(shù)可與牛奶通道數(shù)相等或為其2倍，計算按V冷木=V址水=V牛乳=0 2 5 4 M / 秒。上述液流速度是否選擇適當，可于今后阻力計算時校核之。如阻力在允許范 內(nèi)，則上述之速度可認為合適，否則應重新選擇。(5)選取傳熱系數(shù)K值通過傳熱學中基本公式.結合流體力學計算和査有關圖表，也可以算出空 一方面較復雜，另一方面，因為熱交換經(jīng)過一段時I、售,會有這樣那樣曲變化, 因此計算值與實際情況有不同，可査定經(jīng)驗數(shù)值，供計算中應用。當然，下列數(shù) 據(jù)也僅供參考。預熱段 Kx = 1 3 1 5 千卡/米2時匕=5,5 0 5 ?

9、6 4 2千焦/米n時匕.殺菌段1I 9 6 0千卡/米三時匕 -8,2 0 6 , 1 2 8千焦/米?時左但是在殺菌段因傳熱介質溫度較高，傳熱面上易發(fā)生結垢，影響傳熱效果,所以可打上一個系數(shù)，取下列數(shù)值:K - 1 9 6 0 千卡/米空時卍x 0 . 8= 1 6 7 0千卡米55時匕-6,5 7 3 ? 2 7 6千焦/米2時匕 冷水冷卻段Ka= 1 1 4 0千卡I米52時匕-47729520千焦/米時卍 鹽水冷卻段二9 6 0 千卡/米三時匕- 4 0 1 9 3 2 8 千焦 / 米25時'C (6)確定工作面積F,板數(shù)2,疊板組數(shù)iQF2.Z h i f2 xm予熱段：

10、Q466500F 于 =28 6 mK A t13 15x12 4板數(shù)：Ft2 8 6Z 于： =14 3+ 0 , 2（f塊傳熱板之面積f=02m）疊板組中的通道采用m= 1 5 ,確定疊板組數(shù))14 3= 4.762 x m2x15因疊板組數(shù)必須是整數(shù),故采用1亍=5 可用下列方式配置：<15 + 15 + 15 + 15 + 15 15 + 15 + 15 + 15 + 15殺菌段工作面積116. 600板數(shù)疊板組數(shù)2 m 可按下列方式配置: 15 + 15 + 15K 8+15 7 0x5 4F 獲 13.75=69 f0.2Z殃 6 9=23 2x152 2 + 23這樣熱水每

11、組的實際通道為2 2或2 3 ,故其實際流速:10x43600x22x 0 2 7 x 0. 0028 =0. 67M/秒 0, 8m/sec 或10x4V2=3600x23x0. 27x0, 0028=0. 6 4M/秒可認為合適 0. 8 m / s e冷水冷卻段F構二*1140x7K t a 3板數(shù)1 226 1 02疊板組數(shù)Z*i g 2 0 3 采用 i & = 22x15可按下列方式布置：15 + 153 0這樣冷水每組實際通道為3 0 ,故其實際流速10x3V3. =360x30* 0. 2 7 x 0. 0028=0. 3 6 8 M/秒可認為合適 0 3 m/ s e

12、 c鹽水冷卻段工作面積F盤亠Q盤7 5 , 2 0 0=7 . 3 2 m2K Q卻/ t盤9 60x10 7板數(shù)F址7 .3 27=37£竝=2 m02疊板組數(shù)Q鹽.Z 盤=1 2 3f2x15可孩下式布置：1 5 1 5鹽水每組之實際通道為1 5 ,故其實際流速10x23600xl5x 0 27x0.0028=0. 49M/ 秒 > 0. 3 m / s e c鹽水冷卻段的面積不很大，為了要使配置得到相稱（牛奶的通道與鹽水通道 相一致故使鹽水的速度比計算中所用的大二倍（因為鹽水借數(shù)是口 » - 2）,這 樣整個配置（其程序按物料運動的方向）如下：15 + 15 + 15 + 15 + 1515 + 15 丿：515 + 151 5+ + + 15 + 15 + 15 + 15