Принцип работы теплообменника

Пластинчатый теплообменник — это тип теплообменного аппарата, состоящий из тонких металлических пластин, штампованных в гофрированную форму; эти пластины укладываются стопкой и соединяются с помощью рамных пластин и зажимных болтов. Рабочие жидкости протекают по узким извилистым каналам, образованным между соседними пластинами, где и происходит теплообмен при прохождении горячей и холодной жидкостей через эти межпластинные каналы.

Пластинчатый теплообменник навесного типа состоит из таких ключевых элементов, как гофрированные пластины, уплотнительные прокладки, неподвижная прижимная плита, зажимная плита, промежуточные пластины, подвижная прижимная плита, опоры, верхние и нижние направляющие стержни, а также зажимные болты. Каждая плита снабжена четырьмя угловыми отверстиями, через которые протекают два теплоносителя. Теплообменные пластины установлены в раме, состоящей из неподвижной и подвижной плит на одной стороне; узел фиксируется зажимными болтами. Соседние пластины имеют гофрированные каналы, направленные в противоположные стороны; пересечения этих каналов взаимно зацепляются, образуя контактные точки, что обеспечивает турбулентное течение в процессе работы и, соответственно, высокую эффективность теплообмена. Уплотнительные прокладки приклеиваются к пластинам для герметизации каналов теплоносителей. Пластины и прижимная плита подвешиваются к верхнему направляющему стержню и фиксируются верхними и нижними направляющими стержнями, которые, в свою очередь, закреплены на опорных колоннах. Если один или оба теплоносителя проходят через теплообменник не по одному, а по нескольким ходам, расположение отверстий определяется в зависимости от числа ходов и открывается либо в неподвижной плите, либо в подвижной, либо в обеих.

Механизм теплопередачи в пластинчатом теплообменнике основан на термодинамическом законе: «тепло всегда самопроизвольно переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой; при наличии разности температур между двумя жидкостями неизбежно происходит теплопередача». При проектировании теплообменника пластины устанавливаются на заданных расстояниях и зажимаются резиновыми прокладками, образуя каналы для движения сред. Две жидкости с разностью температур поступают в эти каналы через угловые патрубки и, осуществляя принудительную конвективную теплопередачу, движутся по соседним каналам — либо противоточно, либо прямоточно, — обеспечивая обмен теплоты через пластины. Пластины для теплопередачи имеют гофрированную поверхность, выполненную в различных рисунках, что увеличивает как площадь поверхности, так и конструкционную жёсткость. Грамотно подобранная геометрия гофра гарантирует, что даже при низких числах Рейнольдса жидкость может развивать сильно турбулентное течение, что максимально повышает эффективность теплопередачи. Кроме того, волнистая форма поверхности теплообменных пластин оптимизирована таким образом, что даже при скорости потока, остающейся ниже критического числа Рейнольдса, течение между пластинами приобретает трёхмерное движение, вызывая интенсивную турбулентность и снижая сопротивление теплового пограничного слоя, что дополнительно усиливает характеристики теплообмена.

Параметры выбора, необходимые для теплообменников

1. Расходы (м³/ч) на горячей и холодной сторонах теплообменника

2. Температуры на входе и выходе (°C) горячей и холодной сторон теплообменника

3. Максимальное рабочее давление теплообменника (МПа)

4. Допустимое падение давления на горячой и холодной сторонах теплообменника (МПа)

5. Общая скорость теплопередачи теплообменника (кВт или ккал/ч)