板式换热器课程设计

1、精品文档欢迎下载 南 京 工 业 大 学?材料工程原理 B?课程设计设计题目： 板式换热器设计 2油处理能力 20000 公斤油/小时 专 业： 高分子材料高分子材料 班 级： 学 号： 姓 名： 日 期： 20212021、1 1、4-20214-2021、1 1、1414 指导教师： 张老师张老师 设计成绩： 日 期： 精品文档欢迎下载高材高材 10011001 班班-“-“板式换热器设计组板式换热器设计组 22任务书任务书一设计题目 板式换热器设计油处理能力 20000 公斤/小时二设计任务及操作条件1、处理能力 见下表2、设备型式 板式换热器3、操作条件1油： 入口温度 70，出口温度

2、 402冷却介质：工业硬水，入口温度 20，3水的流量为 20000kg/h4油侧与水侧允许压强降：不大于 105 Pa5油定性温度下的物性参数：名称kg/m3Cp (kj/.)Pa.s (W/m.)油8501.83.210-30.12精品文档欢迎下载目录目录一、设计方案简介一、设计方案简介.41.1 板式换热器简介.41.2 板式换热器的应用.5 1.3 板式换热器的组装形式.5 1.4 板式换热器的各种选择.6 1类型的选择.6 2板型的选择.6 3单片面积的选择.6 4流速的选择.7 5流程的选择.7 6流向的选择.7 7流道数的选择.8二、工艺流程简图二、工艺流程简图.8三、工艺计算和

3、主题设备设计三、工艺计算和主题设备设计.93.1 确定物性数据 .91 热负荷 .92 平均温差 .93 定性温度下物性数据 .104 初估换热面积及初选板型.10 5 核算总传热系数.126 传热面积.127 压差计算.12四、设计结果一览表四、设计结果一览表 .1313五、附图五、附图 .1 15 5六、六、辅助设备的选择辅助设备的选择 .1 16 6七、参考文献七、参考文献 .1717七、课程设计感言七、课程设计感言 .1 18 8精品文档欢迎下载一、设计方案简介一、设计方案简介选择设计方案的原那么是保证到达工艺要求的热流量，操作上要平安可靠，结构上要简单，可维护性好，要能节省操作费用和

4、设备投资，设计方案主要包括：1.11.1 板式换热器简介板式换热器简介 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液液、液汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占 地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换 热器高 3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。 如左图，在固定压紧板上，交替的安放一张板片和一个垫圈，然后安放活动压紧板，旋紧压紧螺栓即构成一台板式换热器。各传热板片按一定的顺序相叠即形成板

5、片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过传热板片进行热交换。精品文档欢迎下载1.21.2 板式换热器应用板式换热器应用 a. 制冷：用作冷凝器和蒸发器。 b. 暖通空调：配合锅炉使用的中间换热器、高层建筑中间换热器等。 c. 化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。 d. 冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。 e. 机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。 f. 电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。 g. 造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。 h. 纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。 i. 食品工业：果汁灭菌冷却，动

6、植物油加热冷却等。 j. 油脂工艺：皂基常压枯燥，加热或冷却各种工艺用液。 k. 集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。 l. 其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。1.31.3 组装形式组装形式板式换热器是根据实际操作的需要设计和选取的，而流程的选取和设计是根据板式换热器的传热方程进行计算的，组装形式有三种： 1）串联流程 流体在一程内流经每一垂直流道后，接着就改变方向，流经下一程。在这种流程中，两流体的主体流向是逆流，但相邻流道中有并流也有逆流。精品文档欢迎下载2） 并流流程 流体分别流入平行的流道，然后会聚成一股流出，为单程。 3）混流流程 为并流流程和串联流程的组合，在同一

7、流程内是并联，的，而程与程之间为串联。1.41.4 板式换热器各种选择板式换热器各种选择11类型的选择类型的选择 板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作出选择。 1温度在 200以上，压力大于 2MPa，可以选择钎焊式换热器，假设总面积较大，那么还可以选择全焊式换热器； 2温度大于 300，压力大于 3.5MPa，应选择板壳式换热器；对于末端温差小的工况，可选用浅槽波纹；对于拆卸比拟频繁的，可选用拆式换热器； 3对于流量相差较大的，可选用非对称性换热器。22板型选择板型选择 主要考虑需要到达的换热效果以及压降要求： 假设承压要求在 1.2MPa 以上，大多数情况下选择

8、人字形波纹； 假设压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直波纹； 假设介质中杂质较多，可选用球形波纹； 对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片。33单片面积的选择单片面积的选择 选择合理的单片面积，能够防止总板片数过多或过少。精品文档欢迎下载 板片过多会使设备占地面积太大；过少可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还与角孔大小有关，直接影响流量和流速的变化。44 流速的选取流速的选取 流体在板间的流速影响换热性能和流体的压力降，流速高换热系数高，但流体的压力降也增大，反之那么情况相反。板间平均流速。流速低于时流体就达不到湍流状态且会形成较大死角区，

9、流速过高那么会导致阻力将组增。 55流程的选取流程的选取 对于一般对成型流到的半式换热器，两流体的体积流量大致向当时，应尽可能按等程分布，如两侧流体相差悬殊，那么流量小的一侧可按多程布置。多程换热器除非特别需要，一般对同一流体在个程中应采用下相同的流道数 66流向的选择流向的选择 换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差；当两侧不等程时，逆流和顺流会交替出现。77流道数的选择流道数的选择 流道数确实定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许压降的制约。当板间流速一定时，流道数的多少取决于流精品文档欢迎下载量的大小二、工艺流程简图二、工艺流程简图精品

10、文档欢迎下载三、工艺计算和主题设备设计三、工艺计算和主题设备设计3.13.1 确定物性数据确定物性数据1.1.热负荷热负荷 Q1=qm1Cp(T1-T2)=Q2W53103)4070(108 . 1360020000 919.321018. 4360020000103203522212qCQttmp2.2.平均温差平均温差 667.272040919.3270ln)2040()919.3270(ln)()12211221(tTtTtTtTtm逆3.3.定性温度下物性数据定性温度下物性数据工程油水定性温度5524070t46.262919.3220t物性参数CmWsPaCkgkJCkJkgCp2

11、1311112. 0102 . 38 . 1850mWsPaCkgkJmkgCp611. 010624. 8178. 46 .996242232精品文档欢迎下载4.4.初估换热面积及初选板型初估换热面积及初选板型 粘度大于的油与水换热时，列管式换热器的 K 值大约为sPa3101115470，而板式换热器的传热系数为管式换热器的 24 倍，那么)(2mW可初估 K 为 1000。)(2mW 初估换热面积083.10667.2710001035tmKQS逆 初选 BR0.1 型板式换热器，其单通道横截面积为，实际单板24104 . 8m换热面积为 0.1152m2。 初选组装形式为。为油的流程，

12、程数为 2，每程通181928 .10100692道数为 9；为水的流程，程数为 1，通道数为 18；换热面积为 10.8m2181因所选版型为混流，采用列管式换热器的温差校正系数： 258. 0207020919.32322. 220919.32407011121221tTttttTTPR查单壳程温差校正系数图，得 =0.97. 逆837.2697. 0667.26ttmm初估换热器面积 2518.11837.261000103mKQStm5.5.核算总传热系数核算总传热系数 K K（1）油侧的对流传热系数1精品文档欢迎下载 流速smu615. 000118. 098503600200001

13、 采用 0.1m2人字形板式换热器，其板间距。mm4 . 4 当量直径mmDe8 . 84 . 422 14. 043. 017 . 011133111131111)(18. 04812. 0102 . 3108 . 11438102 . 3615. 0850008. 0PrRePrReweeDCpuD油被冷却，取。95. 0)(14. 0w 200095. 0481438008. 012. 018. 043. 07 . 01(2)水侧的对流传热系数2同理，14. 043. 027 . 022243222222222)(18. 090. 5611. 010624. 810178. 426640

14、0118. 06 .996262. 0008. 0262. 000118. 0186 .996360020000PrRePrReweeDCpuDusm水被加热，取05. 1)(14. 0w 703705. 190. 52000008. 0611. 018. 043. 07 . 023金属板的热阻wb精品文档欢迎下载板材为不锈钢1Cr18Ni9Ti ，其导热系数，板厚)(8 .162mWwb=0.8mm，那么 Wmbw)(0000476. 08 .161018. 0234污垢热阻 油侧 W)(000052. 021mR 水侧 WmR)(000043. 0225总传热系数 K 2211111RRw

15、bK 70371000043. 00000476. 0000052. 020001 =7.85 10-4 K=1274K=1274)(2mW6.6.传热面积传热面积 S S 所需传热面积 258 . 8837.261274103mKQStm 实际加热面积 278.10308. 035308. 0) 1(mNS 平安系数为 ，传热面积的裕度可满足工艺要求5 .221008 . 88 . 878.107.7.压差计算压差计算 查 0.3m2人字形板式换热器图，)-(水油uP 油侧105PaPsmu511094. 0,615. 0 水侧105PaPsmu52106 . 0,262. 0 故，设计合理

16、精品文档欢迎下载故所选板式换热器规格型号：故所选板式换热器规格型号：BR0.3BR0.3181928 .101006 四、设计结果一览表四、设计结果一览表参数油水流量/kg/h2000020000进/出温度/70/4020/32.919定性温度/5526.46密度/(kg/m3)850996.6定压比热容/(kJ/kg.K)1.84.178粘度 Pa.s3.210-30.862410-3物性热导率(w/m.k)0.120.611精品文档欢迎下载外形尺寸长*宽*高7 . 03701135有效传热面积，m20.308波纹形式等腰三角形波纹高度，mm3.7流道宽度，mm320平均板间距，mm4.4平

17、均流道横截面积，m20.00118设备结构参数平均当量直径，mm8.8主要计算结果油水流速m/s0.6150.262外表传热系数/W/(m2.k)20007037污垢热阻/m2.K/W0.0000520.000043Re 14382664Pr485.90热流量/KW300传热系数/W/(m2.k)1274裕度/%22.5精品文档欢迎下载5 5、附图附图 单单片片换换热热面面积积： 0.308法法兰兰通通径径： DNmm80板板间间距距： mm4.4工工作作温温度度： 150单单流流道道截截面面积积： 0.00118工工作作压压力力： MPa0.6，1.0，1.6最最大大处处理理量量： m&am

18、p;sup3;/h120角角孔孔直直径径： mm80板板片片外外形形尺尺寸寸： mm1135*370*0.7法法向向波波纹纹节节距距： mm15有有效效换换热热面面积积： 0.308流流道道宽宽度度： mm320单单片片重重量量： kg1.79平平均均板板间间距距： mm4.4角角孔孔尺尺寸寸： mm67平平均均流流道道截截面面积积： 0.00118波波纹纹高高度度： mm3.7平平均均当当量量直直径径： mm7.0波波纹纹型型式式等等腰腰三三角角形形板板片片材材料料304 316LBR0.3型型板板式式换换热热器器 参参数数精品文档欢迎下载主体装配图主体装配图6、辅助设备的选型辅助设备的选型

19、1.1.水泵的选择水泵的选择水的质量流量kg/s，体积流=m3/s56. 5mqvq31057. 5得到=0.165m=165mm，取 d=170mm。uqdv4选取mm 水管，管路总长为 20m，其中换热器截面高出蓄水池5 .24219外表 15m，吸入管路长 5m。管内流速m/s，262. 0u2664Re 取相对粗糙度，查得摩擦系数 0016. 021935. 0d0232. 0截止阀全开时的阻力系数，两个 90弯头的阻力系数0 . 615 . 1275. 02精品文档欢迎下载那么管路的压头损失为gudlHf2)(2 m034. 081. 92262. 0)5 . 10 . 6219.

20、0200232. 0(2那么扬程m水柱034.15034. 015fHZH依据体积流量，扬程m水柱 ，可从离心hmqv31 .206 .99620000034.15H泵规格表中选用型号为 IS65-50-125 的离心泵。2.2.油泵的选择油泵的选择 油的质量流量kg/s， 油的体积流流量=56. 5360020000mqvqm3/s31054. 6得m，取mm，选择mm 油管，管路总长为 10mm，换116. 0d119d4127热器截面高出泵截面 10m。管内流速 u=0.615m/s 雷诺数 =1438eR取钢管相对粗糙度，查得0.523，0028. 012735. 0d截止阀全开时的阻力系数，0 . 61两个 90弯头的阻力系数，5 . 1275. 02那么管路的压头损失为gudlHf2)(2 m23. 081. 92615. 0)5 . 10 . 6119. 0100523. 0(2那么扬程m23.1023. 010fHZH依据体积流量23.53m3/h,扬程10.23m,可从离心泵规格表中选用vqH型号为 IS80-50-200 的离心泵。精品文档欢迎下载七、参考文献七、参考文献1 王志魁编.?化工原理?，北京：化学工业出版社，2021