【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的重要手段。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，被广泛应用于化工、食品、制药、暖通空调等多个领域。本计算书旨在根据具体工艺条件，对板式换热器进行合理选型与计算，确保其在实际运行中能够满足工艺需求。
一、项目背景
本项目为某食品加工厂的巴氏杀菌系统，用于对牛奶进行加热和冷却处理。系统要求将进料温度为5℃的牛奶加热至85℃，并在完成杀菌后将其冷却至10℃。系统设计处理量为3000 kg/h，热源为蒸汽，冷源为循环水。
二、工艺参数
| 参数 | 数值 |
|------|------|
| 牛奶质量流量 | 3000 kg/h |
| 进料温度（T1） | 5℃ |
| 出料温度（T2） | 85℃ |
| 冷却水进口温度（t1） | 20℃ |
| 冷却水出口温度（t2） | 30℃ |
| 热介质（蒸汽）温度 | 120℃ |
| 介质密度（ρ） | 1030 kg/m³ |
| 比热容（Cp） | 3.9 kJ/(kg·℃) |
三、热负荷计算
1. 加热阶段热负荷（Q1）
$$
Q_1 = m \cdot C_p \cdot (T_2 - T_1)
$$
$$
Q_1 = 3000 \, \text{kg/h} \times 3.9 \, \text{kJ/(kg·℃)} \times (85 - 5) \, \text{℃}
$$
$$
Q_1 = 3000 \times 3.9 \times 80 = 936,000 \, \text{kJ/h} = 260 \, \text{kW}
$$
2. 冷却阶段热负荷（Q2）
$$
Q_2 = m \cdot C_p \cdot (T_2 - t_2)
$$
$$
Q_2 = 3000 \times 3.9 \times (85 - 30) = 3000 \times 3.9 \times 55 = 643,500 \, \text{kJ/h} = 178.75 \, \text{kW}
$$
四、换热器选型依据
1. 热流体与冷流体的温差：加热段温差为115℃，冷却段为55℃。
2. 介质特性：牛奶具有一定的粘性，且易结垢，因此需要选择耐腐蚀、易清洁的材质。
3. 换热面积计算：
$$
A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{\text{lm}}}
$$
其中：
- $ Q $ 为热负荷（取最大值260 kW）
- $ U $ 为总传热系数（根据经验取值为1200 W/(m²·℃)）
- $ \Delta T_{\text{lm}} $ 为对数平均温差
计算对数平均温差（ΔTlm）
加热段：
$$
\Delta T_1 = 120 - 5 = 115 \, \text{℃}
$$
$$
\Delta T_2 = 120 - 85 = 35 \, \text{℃}
$$
$$
\Delta T_{\text{lm}} = \frac{115 - 35}{\ln(115/35)} = \frac{80}{\ln(3.2857)} \approx \frac{80}{1.19} \approx 67.23 \, \text{℃}
$$
换热面积：
$$
A = \frac{260,000}{1200 \times 67.23} \approx 3.26 \, \text{m}^2
$$
五、板式换热器选型建议
根据计算结果，建议选用以下型号的板式换热器：
- 型号：B30-SF（适用于食品级应用）
- 有效换热面积：3.5 m²
- 板片材料：SUS316不锈钢（耐腐蚀、易清洗）
- 密封垫片：EPDM橡胶（适用于食品接触）
- 流道数量：双流程
- 最大工作压力：1.6 MPa
- 适用温度范围：-10℃～150℃
六、安装与操作注意事项
1. 安装前应检查所有连接管路是否清洁，避免杂质进入换热器。
2. 启动时应先缓慢引入冷流体，再逐步引入热流体，防止热应力损坏板片。
3. 定期清洗板片，防止结垢影响传热效率。
4. 操作过程中应注意压力与温度变化，确保在设计范围内运行。
七、结论
通过对该食品加工系统中板式换热器的热负荷计算与选型分析，得出所需换热面积约为3.26 m²，推荐使用B30-SF型板式换热器，具备良好的适应性和稳定性，能够满足实际工况下的换热需求，并保障系统的安全、高效运行。
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注：本计算书仅作为选型参考，实际工程中应结合现场条件及厂家技术资料进行详细设计。
