Б. Пластинчасті теплообмінники

Згідно пунктів 2.1.1 – 2.1.4, так само як для кожухотрубних теплообмінників, розраховують теплове навантаження, середні температури теплоносіїв, середню різницю температур і орієнтовну площу поверхні теплообміну.

2.1.9. По орієнтовній площі F_ор з таблиці 2.10 (додаток 2.1) вибирають теплообмінник з певним типорозміром пластин f (площа однієї пластини).

Виписують параметри, якими характеризується теплообмінник:

поверхня теплообміну F, м²;

типорозмір пластини f, м²;

Розміри пластини, м: довжина, ширина, товщина;

число пластин N, шт.;

еквівалентний діаметр каналу d_е, м;

площа січення каналу S, м²;

приведена довжина каналу L_пр, м.

2.1.10. Перевірочний розрахунок

Вибирають схему компоновки пластин. Схему позначають дріббю, в якій у чисельнику записується сума цифр, що показує кількість з’єднаних пакетів по тракту гарячого робочого середовища (середовища, яке охолоджують) (інакше – кількість ходів), а значення кожної з цифр – кількість паралельних каналів між пластинами у кожному пакеті. У знаменнику дроби - сума цифр, які позначають число пакетів і каналів по тракту руху холодного робочого середовища (середовища, яке нагрівають). Наприклад, для схем на рис. 2.2 формули компоновки пластин мають вигляд:

Рис. 2.2. Приклади схем компоновки пластин

Для створення в каналах швидкостей, що забезпечують турбулентний режим руху потоків (Rе > 50), пакети, з невеликим числом пластин в кожному, з’єднують послідовно по ходу теплоносія. Один з варіантів такої компоновки показаний на рис. 2.2 б.

Після вибору нормалізованого теплообмінника з необхідною площею теплообміну і певним числом пластин орієнтовно визначають за величиною допустимого опору теплообмінника число послідовно з’єднаних пакетів для кожного з теплоносіїв[8]:

z ≤ 0,01 (ΔР_д S N² / V²)^0,33, (2.37)

де V – об’ємна витрата теплоносія, м³/с; S – площа січення одного каналу, м²; N – число пластин в теплообміннику; ΔР_д – допустимий опір телообмінника, Па.

Допустимий опір розбірних пластинчатих теплообмінників приймається в межах 50 – 150 КПа, або вибирається згідно умов технологічного процесу.

При конденсації пари в пластинчатому теплообміннику усі канали по потоку пари збираються в один пакет.

Розраховують число каналів в одному пакеті:

1) для теплоносія, який охолоджується

m₁ = [(N/2) – 1]z; (2.38)

2) для теплоносія, який нагрівається

m₂ = N/(2z). (2.39)

Подальший розрахунок проводять так само, як для кожухотрубного теплообмінника, тобто розраховують коефіцієнт теплопередачі і необхідну поверхню теплообміну. Якщо розрахована площа поверхні теплообміну значно відрізняється від попередньо вибраної, розрахунок повторюють, приймаючи за орієнтовну - розраховану і прийняту по стандарту площу поверхні теплообміну. Розрахунок здійснюють до приблизної збіжності величин орієнтовно прийнятої і уточненої площі поверхні теплообміну (площа поверхні теплообміну стандартизованого теплообмінника повинна бути на 15 – 20% більше розрахованої).

2.1.11. Критеріальні рівняння для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі в пластинчатих теплообмінниках

І. Тепловіддача без зміни агрегатного стану речовини:

- у випадку турбулентного руху теплоносія

Nu = С Rеⁿ Рr^0,45 (Рr/ Рr_ст)^0,25; (2.40)

- у випадку ламінарного режиму руху теплоносія

Nu = С₁ Rе^0,33 Рr^0,33 (Рr/ Рr_ст)^0,25, (2.41)

де Nu = αd_е/λ; Rе = wd_еρ/µ; w – швидкість теплоносія в каналах, м/с; w = ; G – витрата теплоносія, кг/с; m – число каналів, по яких рухається теплоносій (визначається по (2.38) або (2.39)); S – площа поперечного перерізу каналу, м²; С і С₁ – коефіцієнти, які залежать від режиму рухів потоків і типу пластин (табл. 2.3); Рr – критерій Прандтля, Рr = (теплофізичні властивості теплоносія визначаються при його середній температурі), d_е – еквівалентний діаметр каналів (таблиця 2.11 додатку 2.1).

Ламінарний режим в пластинчастих теплообмінниках спостерігається в границях Rе ≤ 50, Рr ≥ 80; турбулентний – при Rе = 50 – 30 000 і Рr = 0,7 – 80.

Таблиця 2.4