【换热器计算书】在工业生产过程中，换热器作为实现热量传递的关键设备，广泛应用于化工、能源、制冷、冶金等多个领域。为了确保换热器在实际运行中能够满足工艺要求，设计和选型时必须进行详细的热力学计算与分析。本计算书旨在对某一特定工况下的换热器进行系统性计算，以验证其性能是否符合设计标准。

一、项目背景

本项目为某化工厂的冷却系统改造工程，主要目的是将反应釜出口的高温物料（温度约120℃）冷却至40℃，采用循环水作为冷却介质。冷却水入口温度为25℃，出口温度控制在35℃以内。根据工艺流程图及设备参数，初步选定使用板式换热器作为本次设计对象。

二、设计参数

| 参数 | 数值 |

|------|------|

| 物料流量（G） | 8000 kg/h |

| 物料比热容（Cp） | 3.8 kJ/(kg·℃) |

| 进口温度（T1） | 120℃ |

| 出口温度（T2） | 40℃ |

| 冷却水流量（Gw） | 15000 kg/h |

| 冷却水比热容（Cpw） | 4.18 kJ/(kg·℃) |

| 冷却水进口温度（Tw1） | 25℃ |

| 冷却水出口温度（Tw2） | 35℃ |

三、热负荷计算

根据能量守恒原理，换热器的热负荷可由以下公式计算：

$$ Q = G \cdot Cp \cdot (T1 - T2) $$

代入数值：

$$ Q = 8000 \times 3.8 \times (120 - 40) = 2,432,000 \, \text{kJ/h} $$

同样，冷却水吸收的热量应等于物料释放的热量：

$$ Q = Gw \cdot Cpw \cdot (Tw2 - Tw1) $$

$$ Q = 15000 \times 4.18 \times (35 - 25) = 627,000 \, \text{kJ/h} $$

由于两者不相等，说明当前工况下冷却水流量或温差可能不足，需进一步调整。

四、平均温差计算

换热器的传热效率与平均温差密切相关，采用对数平均温差（LMTD）法进行计算：

$$ \Delta T_{\text{lm}} = \frac{(T1 - Tw2) - (T2 - Tw1)}{\ln\left(\frac{T1 - Tw2}{T2 - Tw1}\right)} $$

代入数据：

$$ \Delta T_{\text{lm}} = \frac{(120 - 35) - (40 - 25)}{\ln\left(\frac{85}{15}\right)} = \frac{45}{\ln(5.67)} \approx 24.7^\circ C $$

五、传热面积计算

换热器的传热面积可通过以下公式计算：

$$ A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{\text{lm}}} $$

假设总传热系数 $ U = 1200 \, \text{W/m}^2\cdot^\circ C $，则：

$$ A = \frac{2,432,000 \, \text{kJ/h}}{1200 \times 24.7} $$

注意单位转换：1 kJ/h = 0.2778 W

$$ A = \frac{2,432,000 \times 0.2778}{1200 \times 24.7} \approx 23.5 \, \text{m}^2 $$

六、换热器选型与校核

根据计算结果，选择一台有效面积约为25 m²的板式换热器。实际运行中还需考虑流体阻力、结垢系数、操作压力等因素，并通过模拟软件进行动态校核，确保换热器在长期运行中保持稳定性能。

七、结论

通过对该换热器的热负荷、平均温差、传热面积等关键参数进行计算，确认所选换热器能够满足工艺要求。建议在实际安装前进行详细调试，并定期维护以保证换热效率和设备寿命。

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附录：相关公式与单位换算

- 热负荷：$ Q = G \cdot Cp \cdot \Delta T $

- 平均温差：$ \Delta T_{\text{lm}} = \frac{(T1 - Tw2) - (T2 - Tw1)}{\ln\left(\frac{T1 - Tw2}{T2 - Tw1}\right)} $

- 传热面积：$ A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{\text{lm}}} $

备注： 本计算书仅适用于本项目参考，实际应用中应结合具体工况和设备特性进行调整。