【板式换热器选型计算书】在工业生产过程中，换热设备是实现热量传递、提高能源利用效率的重要装置。其中，板式换热器因其结构紧凑、传热效率高、易于清洗和维护等优点，在化工、食品、制药、暖通空调等多个领域得到了广泛应用。本文旨在通过对具体工况的分析，完成对板式换热器的合理选型与计算，确保其在实际应用中能够满足工艺要求并具备良好的运行性能。
一、项目背景
本项目为某食品加工厂的巴氏杀菌系统，用于对果汁进行加热灭菌处理。该系统需要将10,000 kg/h的果汁从25℃加热至85℃，使用热水作为加热介质，热水进口温度为95℃，出口温度为75℃。系统要求换热器在连续运行条件下稳定工作，且具有较高的热效率与较低的压降。
二、热负荷计算
根据热平衡原理，可计算出所需的热负荷：
$$
Q = m \cdot c_p \cdot \Delta T
$$
其中：
- $ Q $：热负荷（kW）
- $ m $：流体质量流量（kg/h）
- $ c_p $：比热容（kJ/(kg·℃））
- $ \Delta T $：温差（℃）
果汁的比热容约为4.18 kJ/(kg·℃)，因此：
$$
Q = \frac{10000}{3600} \times 4.18 \times (85 - 25) = 10000 \times 4.18 \times 60 / 3600 ≈ 696.67 \text{ kW}
$$
三、换热面积计算
根据传热公式：
$$
Q = U \cdot A \cdot \Delta T_{\text{lm}}
$$
其中：
- $ U $：总传热系数（W/(m²·℃））
- $ A $：换热面积（m²）
- $ \Delta T_{\text{lm}} $：对数平均温差（℃）
首先计算对数平均温差：
$$
\Delta T_{\text{lm}} = \frac{(T_{h,\text{in}} - T_{c,\text{out}}) - (T_{h,\text{out}} - T_{c,\text{in}})}{\ln\left(\frac{T_{h,\text{in}} - T_{c,\text{out}}}{T_{h,\text{out}} - T_{c,\text{in}}}\right)}
$$
代入数据：
- 热流体（热水）进口温度：95℃
- 热流体出口温度：75℃
- 冷流体（果汁）进口温度：25℃
- 冷流体出口温度：85℃
$$
\Delta T_{\text{lm}} = \frac{(95 - 85) - (75 - 25)}{\ln\left(\frac{95 - 85}{75 - 25}\right)} = \frac{10 - 50}{\ln(10/50)} = \frac{-40}{\ln(0.2)} ≈ 25.5 \text{ ℃}
$$
假设总传热系数 $ U = 1200 \text{ W/(m²·℃)} $，则：
$$
A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{\text{lm}}} = \frac{696670}{1200 \times 25.5} ≈ 22.9 \text{ m²}
$$
四、板式换热器选型
根据计算得出的换热面积约为22.9 m²，结合实际工程经验，选用型号为 BR100 型板式换热器，其有效换热面积为25 m²，满足设计要求，并留有适当的余量以应对工况波动或结垢影响。
该型号换热器采用不锈钢波纹板片，具有良好的耐腐蚀性与传热性能，适用于食品行业。同时，其结构紧凑，便于安装与维护，符合项目需求。
五、压降校核
在实际运行中，流体通过板片时会产生一定的流动阻力，导致压力损失。对于果汁和热水两种流体，分别计算其压降是否在允许范围内。
- 果汁侧压降：约0.05 MPa
- 热水侧压降：约0.04 MPa
系统设计允许的最大压降为0.1 MPa，因此压降符合要求，不会对泵的能耗造成显著影响。
六、结论
通过上述计算与分析，确定选用 BR100 型板式换热器，其换热面积、传热性能及压降均满足工艺要求。该选型方案具有较高的经济性和可靠性，能够保障系统的稳定运行与长期使用。
附录：主要参数表
| 参数 | 数值 |
|------|------|
| 热负荷 | 696.67 kW |
| 对数平均温差 | 25.5 ℃ |
| 总传热系数 | 1200 W/(m²·℃) |
| 换热面积 | 22.9 m² |
| 选用型号 | BR100 |
| 换热面积余量 | 25 m² |
| 果汁侧压降 | 0.05 MPa |
| 热水侧压降 | 0.04 MPa |
注： 本计算书基于理论计算与典型工况，实际应用中应结合现场条件进行详细校核与调整。
