I. Ermittlung grundlegender Prozessdaten (Voraussetzungen für die Modellauswahl)
1. Definieren Sie klar die Eigenschaften der heißen und kalten Medien (bestimmen Sie Gerätematerialien und strukturelle Grenzen).
Zunächst ist es wichtig, die spezifischen Medien sowohl auf der heißen als auch auf der kalten Seite zu identifizieren-wie Prozesswasser, Umlaufwasser, Dampf, Thermalöl, saure oder alkalische Lösungen oder Sole.
Verschiedene Medien wirken sich auf unterschiedliche Weise auf die Ausrüstung aus. Beispielsweise können chloridhaltige Medien leicht Lochfraß verursachen, was die Verwendung von Materialien wie Edelstahl 316L oder Titan erforderlich macht.
Wenn die Medien suspendierte Partikel oder Substanzen enthalten, die zur Kristallisation neigen, sollten Sie erwägen, den Kanalspalt zu vergrößern oder die Strömungsgeschwindigkeit zu verringern, um ein Verstopfen zu verhindern.
Wenn Anforderungen an Lebensmittel-- oder pharmazeutische-Qualität gelten, muss das Design den Hygienestandards entsprechen (z. B. Demontage und Reinigung ermöglichen und eine Struktur ohne Totzonen gewährleisten).
2. Geben Sie die Einlass- und Auslasstemperaturbedingungen an (die die treibende Kraft für die Wärmeübertragung bestimmen).
Es müssen Einlass- und Zielauslasstemperaturen sowohl für die heiße als auch für die kalte Seite bereitgestellt werden (z. B. Kühlen von 80 Grad auf 50 Grad, Heizen von 20 Grad auf 60 Grad).
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· Der Temperaturunterschied bestimmt direkt die treibende Kraft für die Wärmeübertragung; Eine kleinere Temperaturdifferenz erfordert eine größere Wärmeübertragungsfläche.
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· Es muss auch festgestellt werden, ob es irgendwelche „Temperatur-Annäherungsbeschränkungen“ gibt-z. B. wenn Prozessanforderungen vorschreiben, dass die Temperatur auf der kalten-Seite einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf.
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· Kommt es zu Phasenumwandlungen (z. B. Kondensation oder Verdunstung), muss das Temperaturprofil gesondert angegeben werden.
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3. Bestimmen Sie die Durchflussrate und die Betriebslast (bestimmt den Wärmeaustauschumfang).
Es müssen Massen- oder Volumenströme sowohl für die heiße als auch für die kalte Seite angegeben werden, da diese die zentralen Eingaben für die Berechnung der thermischen Belastung sind.
Es ist zwischen drei Betriebszuständen zu unterscheiden: Maximallast, Normallast und Minimallast.
Wenn die Anlage einen schwankenden Betrieb aufweist (z. B. intermittierende Produktion), muss die Anpassungsfähigkeit an dynamische Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.
Die Genauigkeit der Durchflussdaten bestimmt direkt, ob der Wärmetauscher über- oder unterdimensioniert ist.
4. Definieren Sie Systemgrenzen und Einschränkungen (technische Einschränkungen).
Definieren Sie klar den maximal zulässigen Druckabfallbereich-z. B. weniger als oder gleich 50 kPa oder einen durch die Pumpenkapazität bestimmten Grenzwert.
→ Dieser Parameter bestimmt direkt die Gestaltung der Plattenkanäle und die Auswahl der Strömungsgeschwindigkeiten und dient als kritische Randbedingung, die den Energieverbrauch des Systems beeinflusst.
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Definieren Sie klar die Einschränkungen des Installationsraums, einschließlich Gerätehöhe, Einlass-/Auslassausrichtung und Wartungsfreiraum.
→ Die räumlichen Gegebenheiten bestimmen direkt die Abmessungen des Wärmetauscherrahmens und die Durchführbarkeit zukünftiger Wartungsarbeiten.
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Bestimmen Sie, ob eine zukünftige Kapazitätserweiterung zulässig ist (was sich darauf auswirkt, ob zusätzliche Plattenkapazität reserviert werden muss).
→ Dieser Faktor bestimmt, ob ein modularer Aufbau gewählt werden sollte, um zu einem späteren Zeitpunkt eine erhöhte Wärmeübertragungskapazität zu ermöglichen.
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Stellen Sie fest, ob das System kontinuierlich arbeitet (was sich auf die Wartung und das Redundanzdesign auswirkt).
→ Die Betriebsart beeinflusst, ob redundante Gerätekonfigurationen erforderlich sind und wie Reinigungs- und Wartungszyklen festgelegt werden.
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Thermische Berechnungen und Ermittlung des Wärmeübertragungsbedarfs (Kernentwurfsphase)
1. Berechnung der thermischen Belastung Q (bestimmt die „Leistungsklasse“ des Gerätes)
Grundlegende Berechnungsformel:
Q=m × Cp × ΔT
Die Berechnungen sollten für die heiße und die kalte Seite getrennt durchgeführt werden; Theoretisch muss das Prinzip der Energieeinsparung erfüllt sein.
Es sollten Anpassungen vorgenommen werden, um Wärmeverluste oder prozessbedingte Wärmeabgabe/-absorption zu berücksichtigen.
Der Q-Wert ist der Hauptparameter, der die Wärmetauscheroberfläche bestimmt.
2. Berechnung der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz (LMTD) (Antriebskraftanalyse)
Verwendet die Berechnungsformel für den Zähler-Flow:
LMTD=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)
ΔT1 und ΔT2 stellen die Temperaturunterschiede an den beiden Enden dar.
Ein kleinerer LMTD weist auf eine schwächere treibende Kraft der Temperatur-differenz hin, was eine größere Ausrüstung erfordert.
Plattenwärmetauscher verwenden typischerweise eine Gegenstromanordnung, um die LMTD zu maximieren.
3. Strömungskorrekturfaktor F (Struktureinflussfaktor)
• Wenn die Flüssigkeit ein mehr-durchströmtes oder nicht-ideales Strömungsmuster aufweist, muss ein Korrekturfaktor eingeführt werden.
• Typischer Bereich: 0,75–1,0.
• Strukturen mit mehreren Durchgängen haben typischerweise einen niedrigeren F--Wert, können aber die Geschwindigkeitsverteilung verbessern.
• Die Software des Herstellers muss in Verbindung mit dem Design verwendet werden.
Plattenspezifikationen und strukturelle Umwandlung (von der Theorie zur Ausrüstung)
1. Auswahl des Plattentyps (bestimmt Effizienz und Spannungsabfall)
• Fischgrätenplatten: Hohe Wärmeaustauscheffizienz, aber relativ großer Druckabfall.
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• Flache Wellplatten: Geringer Druckabfall, geeignet für Systeme mit hoher Durchflussrate und geringem Widerstand.
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• Tief geriffelte Platten: Starke Verstopfungshemmung, geeignet für Verschmutzungsbedingungen.
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Der Plattenwinkel (z. B. 30 Grad/60 Grad) beeinflusst die Turbulenzintensität und die Widerstandseigenschaften.
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2. Plattengröße und Wärmeaustauschfläche sind aufeinander abgestimmt.
• Verschiedene Hersteller verwenden unterschiedliche Plattenflächen (0,1–3 m²/Platte).
• Größere Platten eignen sich für Systeme mit hoher -Durchflussrate-, während kleinere Platten für Präzisionssteuerungssysteme geeignet sind.
• Bei der Auswahl einer Platte müssen die Gerätegröße und die Wartungskosten berücksichtigt werden.
• Bei gleicher Wärmeaustauschfläche können unterschiedliche Plattengrößen zu erheblichen Strukturunterschieden führen.
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