蒸发结晶换热器选择与传热面积计算

2024-12-12 15:56 宁夏

在废水零排放领域，工艺流程末端普遍采用蒸发结晶工艺。换热器是蒸发结晶的核心设备之一，在一个蒸发结晶装置中往往存在冷凝水预热器、蒸汽预热器、加热器等多个换热器，合理选择换热器面积是保证蒸发结晶装置能够达到设计处理能力的关键之所在。更大的传热面积意味着更大的接触面积，流体能够更充分地进行热交换，从而提高传热效率，然而传热面积过大会增加投资和占地空间；传热面积过小，将达不到预期的传热量，使蒸发结晶装置达不到设计处理能力。

蒸发结晶中常用换热器按照结构分为管壳式换热器和板式换热器，本文给出各种换热器适用范围和传热面积的简捷计算方法，供水处理行业人士参考。

一、管壳式换热器

管壳式换热器的热端的温差不应小于 20℃，冷端的温差不应小于5℃。换热器的热端是指热介质的入口和冷介质出口的一侧，冷端是指热介质出口和冷介质入口的一侧，如下图所示。

管壳式换热器传热面积按下式计算。

式中：A为换热器所需传热面积，m2；Q为传热量（热负荷），W；K为总传热系数，W/(m2·℃)；Δtm为进行换热两流体之间的平均温度差，℃。要计算换热面积，无非是计算Q、K、Δtm三个参数。

1.传热量计算

对于废水的蒸发结晶，传热量计算简单，可按下式计算。

式中：m为废水的质量流量，kg/s，我们平时所用流量计基本是体积流量计，单位为m³/h，将其乘以废水的密度，再除以3600s即得到m，废水的密度与含盐量和温度有关，可按下表选取，需要注意的是，废水的温度应为换热器进口温度与换热器出口温度之和的一半；c为水的定压比热容，J/(kg·℃)，虽然不同温度的水定压比热容有细微差异，但是可以认为c=4200 J/(kg·℃)；To为废水从换热器出去的温度，℃；Ti为废水进入换热器的温度，℃。

2.平均温差计算

对于冷、热两种介质，冷介质进出换热器存在一个温差、热介质进出换热器也存在一个温差，两个温差中较小的记为Δt1、较大的记为Δt2，当Δt2/Δt1＜2时，平均温差采用算数法计算；否则，需采用对数法计算，如下两式所示。

上式计算的平均温差为理论值，需要再乘以温差修正系数，温差修正系数的计算极为复杂，如下式所示。

以上公式即使编辑至EXCEL表格内，使用也较为困难，因此，我们寻求简捷的计算方法，即只需计算P和R，然后通过以下网格图来查出温差修正系数FT。式中，To为废水从换热器出去的温度，℃；Ti为废水进入换热器的温度，℃；to为热介质（冷凝水或蒸汽）从换热器出去的温度，℃；ti为热介质进入换热器的温度，℃。

壳程1程，管程2程或2n程（n为整数）

壳程1程，管程大于2程

壳程2程，管程3程

壳程2程，管程大于2程

壳程2程，管程4程或4n程（n为整数）

壳程3程，管程6程或6n程（n为整数）

壳程4程，管程8程或8n程（n为整数）

壳程5程，管程10程或10n程（n为整数）

以上网格图都是根据壳程与管程的数量来区分的，壳程是换热器壳体内部采用隔板让流体在壳体中往复流动，有1个隔板，壳程就是2程，有2个隔板，壳程就是3程，以此类推；管程是流体先进入一部分换热管，从这部分换热管流出，再进入一部分换热管，如此往复，直到流经全部换热管，增加管程数，即总的换热管数量不变、进料流量不变，但是每次经过的换热管数量减少，这样可以加快物料流速，减少污堵。

查取温差修正系数后，可按下式计算平均温差。

3.总传热系数计算

总传热系数即可通过计算取得，也可通过查取经验数值取得，计算过程较为复杂，但计算结果精确，更具有实用性；经验数值查取简便，但范围较大，需要丰富的设计经验才能取值较为准确。

1）计算法

式中：ho，hi分别为管外、管内流体传热膜系数，W/(m2·℃)；do，di分别为管外径、管内径，m；ro，ri分别为管外、管内流体污垢热阻，(℃·m2)/W，对于废水蒸发结晶，可取ro=ri=0.000086 (℃·m2)/W；rw为管壁热阻，(℃·m2)/W，rw=Lw/λw，Lw为管壁厚度，m，λw为管壁材料热导率，W/（m·℃）；dav为管平均直径，m。

2）经验值法

对于废水蒸发结晶中的管壳式换热器，总传热系数可按下表选取。

二、板式换热器

1878年德国人发明了板片式换热器，现在都通常称之为板式换热器，它经过了50余年的发展，至20世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器问世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一。

板式换热器的优点是：总传热系数高、占地面积小、对数平均温差大、末端温差小。板式换热器的缺点是：密封周边长、刚性差导致承压能力差，密封材料多为橡胶，工作温度不能超过200 ℃；板间间隙小，容易堵塞。

1.传热量计算

板式换热器的传热量与管壳式换热器传热量计算方法相同。

2.平均温差计算

板式换热器平均温差只使用对数法计算，且不再乘以温度校正系数，而是乘以板片组合校正系数，该系数可按以下三个图选取。

并联组合

串联组合

3.总传热系数计算

板式换热器总传热系数也可通过计算和经验值两种方法求得。

1）计算法

式中：a1、a2分别为板片两侧的传热膜系数，W/(m2·℃)；R1、R2分别为板片两侧污垢系数，对于废水蒸发结晶，R1=0.000009 (℃·m2)/W、R2=0.000043 (℃·m2)/W；δp为板片厚度，现代冲压工艺中的板片厚度通常为0.0005~0.0008m之间；εp为板片导热系数，可取εp=16.3 W/(m2·℃)。

2）经验值法

对于废水蒸发结晶中的板式换热器，总传热系数可按下表选取。

水处理科技学报

分享水处理工艺设计方法和运行调控措施，报道水处理前沿技术。欢迎水处理人士来稿，稿件内容可为运营中遇到的技术难题、运行经验总结、技改技革案例、技术研究综述等。

最新文章

混凝剂对污泥产量的影响

过滤池（器）反洗水量的确定方法

沉淀池、浓缩池、澄清池面积确定方法

离子交换树脂污染与防治

蒸发结晶换热器总传热系数计算

自清洗网式过滤器设计

保安过滤器滤芯结构与设计

水质分析数据准确性的校核

外压与内压管式超滤的比较

介质过滤中滤料的选择与设计

离子交换树脂物理与化学性能

循环冷却水系统pH预测及调整计算

反渗透膜壳与管道设计选型方法

反渗透段间增压作用及设计方法

反渗透高压泵设计及其与膜通量的关系

阀门选用步骤和设计计算

纳滤适用性及多级串并联浓盐水分质浓缩设计

混凝池搅拌器设计

蒸发结晶真空泵设计

生物接触氧化法去除饮用水硝酸盐设计与运行

反渗透浓水回流应用与设计方法

蒸发结晶强制循环泵选型与设计

循环冷却水系统水平衡计算

除碳器设计与运行注意事项

MVR原理及蒸汽压缩机选型与设计

反渗透浓差极化现象与回收率设计

折点加氯原理及药剂用量计算

曝气器选型与设计

超滤膜化学清洗条件判定计算及实际应用方法

循环冷却水阻垢缓蚀剂配方选择及加药量计算

化学除磷加药量计算

反渗透膜硅结垢分析计算与化学清洗

废水调节pH加药量计算及调节后TDS变化

污泥压滤脱水设计与运行注意事项

药剂计量箱搅拌器选型与设计

反渗透阻垢方法与药剂投加量计算

蒸发结晶换热器选择与传热面积计算

反渗透膜选型

除硅工艺设计

生化系统加药量计算

污水处理设计—溶气气浮运行主要控制参数

污水处理设计—生化池需氧量简捷计算方法

工业废水处理设计—软化加药量简便计算

金属材料耐腐蚀性能数据表

水泵扬程与配管参数设计

工业废水处理设计—超高压卷式反渗透设计

工业废水处理设计——除氟工艺设计

污水处理设计——SBR设计

污水处理设计——UASB反应器设计

污水处理设计——水解酸化反应器设计

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉