Перейти к содержимому
Hudson’s Brewery Equipment Hudson’s
Калькулятор

Калькулятор теплообменника: нагрузка, LMTD и площадь

Считает, сколько тепла нужно снять или подвести за отведённое время, какой при этом получается логарифмический средний температурный напор, какая нужна площадь теплообмена и сколько теплоносителя придётся прокачать. Работает и для охлаждения сусла на пластинчатом аппарате, и для нагрева партии через рубашку.

Продукт

Теплоноситель

Тепловая нагрузка

—

Средний температурный напор, LMTD

—

Требуемая площадь теплообмена

—

Без запаса на загрязнение поверхности — его закладывает производитель аппарата.

Расход теплоносителя

—

Источник формул

Уравнение теплопередачи Q = U · A · ΔTlm и логарифмический средний напор ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁/ΔT₂) — классика теплотехники (Incropera, Kreith, Исаченко). Тепловая нагрузка процесса Q = m · cp · ΔT / τ. Значения U — порядок величины из инженерной практики, а не норматив: поле открыто для правки.

Это подбор, а не поверочный расчёт

Расчёт идёт для стационарного режима и постоянного U по длине аппарата, без поправки на многоходовую схему и без запаса на загрязнение. Для многоходовых пластинчатых аппаратов к LMTD применяется поправочный коэффициент, который здесь не учитывается. Итоговый выбор модели подтверждает производитель теплообменника.

Если считаете рубашку ёмкости — про давление отдельно

Тепловой расчёт рубашки идёт по тем же формулам. Но расчётное давление рубашки к нему отношения не имеет и берётся только из конструкторской документации на конкретную ёмкость. Подставлять вместо него давление насоса в магистрали нельзя: насос на 2–4 бар и реальный перепад на рубашке в 0,05–0,15 МПа — разные величины, и путаница здесь заканчивается либо переплатой за толщину стенки, либо аварией.

Механику рубашки — толщину стенки под давление — считают по ГОСТ 34233.8-2017, это отдельная задача. Если рабочее давление контура выше 0,05 МПа, оборудование попадает в область ТР ТС 032/2013; категория и форма подтверждения соответствия определяются по таблицам регламента под конкретный аппарат, а не прикидкой.

Подбор самой холодильной машины — мощность чиллера, состав и концентрация гликоля, точка замерзания контура — этот калькулятор не делает. Он считает сторону продукта: сколько тепла снять и какая нужна поверхность.

Как пользоваться калькулятором

Выберите пару сред — подставятся типовой коэффициент теплопередачи и теплоёмкость продукта, оба поля открыты для правки. Задайте объём партии и время, за которое нужно уложиться: отсюда считается тепловая нагрузка. Затем четыре температуры — продукта на входе и выходе и теплоносителя на входе и выходе.

Расчёт ведётся для противотока: продукт и теплоноситель движутся навстречу друг другу. Это стандартная схема пластинчатого охладителя сусла и наиболее эффективная по напору.

Вторая вкладка решает встречную задачу: аппарат уже стоит в цехе или предлагается поставщиком, известна его площадь — вопрос, что он вытянет на ваших температурах. Введите площадь вместо времени, и калькулятор посчитает тепловую мощность по той же формуле Q = U · A · LMTD, производительность в литрах в час и время, за которое пройдёт ваша партия. Это проверка предложения до покупки — и проверка узкого места, когда охлаждение затягивается.

Разбор примера

Охлаждение 1000 л сусла с 98 до 18 °C за 45 минут водой, которая входит при 8 °C и выходит при 30 °C. Масса при плотности около 1 кг/л — 1000 кг, теплоёмкость сусла 3,9 кДж/(кг·К). Снять надо 1000 × 3,9 × 80 = 312 000 кДж, то есть при 45 минутах — примерно 115,6 кВт.

Напоры по концам: 98 − 30 = 68 °C и 18 − 8 = 10 °C. LMTD = (68 − 10) / ln(68/10) ≈ 30,3 °C. При U = 2500 Вт/(м²·К) площадь получается 115 600 / (2500 × 30,3) ≈ 1,53 м². Расход воды при нагреве на 22 °C — около 4,5 м³/ч.

Частые ошибки

Считать по среднеарифметической разности температур вместо логарифмической — площадь выходит заниженной, аппарат не выходит на режим. Забывать, что время процесса задаёт мощность: одна и та же партия, охлаждённая за 20 минут вместо часа, требует втрое большего аппарата и втрое большего расхода воды. И третья, самая дорогая на этапе проекта — подбирать теплообменник, не проверив, что источник холода вообще способен выдать эту мощность.

Частые вопросы

Аппарат уже есть — как понять, какую партию он вытянет?
Для этого вторая вкладка калькулятора. Формула та же, Q = U · A · LMTD, только решённая относительно мощности: площадь аппарата умножается на коэффициент теплопередачи и средний температурный напор. Из мощности при вашем перепаде температур получается производительность в литрах в час и время на партию. Важно: результат — для чистого аппарата и заявленного U. Загрязнённые пластины и реальный U ниже паспортного дадут меньшую производительность, поэтому расчёт стоит воспринимать как верхнюю границу, а не как гарантию.
Почему коэффициент теплопередачи задаётся вручную, а не берётся из справочника автоматически?
Потому что честного единственного значения не существует. U зависит от конструкции аппарата, скорости потоков, степени загрязнения поверхности и вязкости продукта — разброс внутри одной пары сред двукратный. Мы подставляем середину практического диапазона как отправную точку и оставляем поле открытым. Для боевого подбора значение U должен подтвердить производитель аппарата по своим испытаниям.
Что такое LMTD и почему нельзя взять просто разницу температур?
Разность температур между средами меняется по длине аппарата: на входе она одна, на выходе другая. Логарифмический средний напор — корректное усреднение этой меняющейся разности. Если взять простую среднеарифметическую, площадь получится заниженной, и аппарат не выйдет на режим.
Расчёт даёт площадь. Как по ней выбрать аппарат?
Площадь — это требование к аппарату, а не его марка. Дальше подбирается конкретная модель с площадью не меньше расчётной и с запасом на загрязнение поверхности. Запас закладывает производитель теплообменника исходя из среды и режима очистки, здесь он не считается.
Считает ли калькулятор чиллер?
Нет, и намеренно. Холодильная мощность источника, состав и концентрация гликоля, точка замерзания контура — это отдельный подбор холодильной машины. Здесь считается сторона продукта: сколько тепла надо снять и какая для этого нужна поверхность. Подбор чиллера делает наш инженер по холоду.
Можно ли этим считать рубашку ЦКТ?
Тепловую часть — да, принцип тот же. Но расчётное давление рубашки к тепловому расчёту отношения не имеет и берётся только из конструкторской документации на конкретную ёмкость. Подставлять туда давление насоса в магистрали нельзя: это разные величины, и ошибка здесь стоит дорого.

Другие инструменты: ёмкости и оборудование

Может пригодиться

Подбираете ёмкость с рубашкой?

ЦКТ, танки и ёмкости Hudson с рубашкой охлаждения — собственный патент на конструкцию рубашки.

Смотреть ЦКТ и танки

Нужен расчёт под конкретный процесс?

Опишите продукт, объём и требуемое время — рассчитаем теплообмен и подберём ёмкость с рубашкой под задачу, коммерческое предложение за 1 рабочий день.

Получить расчет под задачу

Калькуляторы на этой странице предоставляются бесплатно, без регистрации и без заключения договора — это справочный инструмент, а не платная услуга. Точность результата зависит от корректности введённых данных и границ применимости формулы (указаны в тексте страницы). Перед практическим применением результата проверяйте его контрольными приборами (спиртомер, весы, термометр, ареометр). Индивидуальный предприниматель Хасанов Евгений Камилевич не несёт ответственности за последствия использования расчётных значений без такой проверки.