板式换热器课程设计

1、 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 班 级： 学 号： 姓 名： 日 期： 2013、1、4-2013、1、14 指导教师： 张老师 设计成绩： 日 期： 高材1001班-“板式换热器设计组2”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40（2）冷却介质：工业硬水，入口温度20，（3）水的流量为20000kg/h（4）油侧与水侧允许压强降：不大于105 Pa（5）油

2、定性温度下的物性参数：名称（kg/m3）Cp (kj/.)（Pa.s） (W/m.)油8501.83.2×10-30.12目录一、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8三、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

3、126传热面积127压差计算12四、设计结果一览表13五、附图15六、辅助设备的选择16七、参考文献17七、课程设计感言18一、设计方案简介选择设计方案的原则是保证达到工艺要求的热流量，操作上要安全可靠，结构上要简单，可维护性好，要能节省操作费用和设备投资，设计方案主要包括：1.1 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

4、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。1.2 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.

5、 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，动植物油加热冷却等。 j. 油脂工艺：皂基常压干燥，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。1.3 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

6、主体流向是逆流，但相邻流道中有并流也有逆流。2） 并流流程 流体分别流入平行的流道，然后汇聚成一股流出，为单程。 3） 混流流程 为并流流程和串联流程的组合，在同一流程内是并联，的，而程与程之间为串联。1.4板式换热器各种选择（1）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，若总面积较大，则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；对于拆卸比较频繁的，可选用拆式换热器； （3）对于流量相差较大的，可选用非

7、对称性换热器。（2）板型选择 主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求： 若承压要求在1.2MPa以上，大多数情况下选择人字形波纹； 若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直波纹； 若介质中杂质较多，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。（3）单片面积的选择 选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。 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。（4） 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

8、则情况相反。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，流速过高则会导致阻力将组增。 （5）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，则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 （6）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。（7）流道数的选择 流道数的确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量的大小二、工

9、艺流程简图三、工艺计算和主题设备设计3.1 确定物性数据1.热负荷 Q1=qm1Cp(T1-T2)=Q2 2.平均温差 3.定性温度下物性数据项目油水定性温度物性参数4.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115470，而板式换热器的传热系数为管式换热器的24倍，则可初估K为1000。 初估换热面积 初选BR0.1型板式换热器，其单通道横截面积为，实际单板换热面积为0.1152m2。 初选组装形式为。为油的流程，程数为2，每程通道数为9；为水的流程，程数为1，通道数为18；换热面积为10.8m2因所选版型为混流，采用列管式换热器的温差校正系数： 查单壳程温差

10、校正系数图，得=0.97. 初估换热器面积 5.核算总传热系数K（1） 油侧的对流传热系数 流速 采用0.1m2人字形板式换热器，其板间距。 当量直径 油被冷却，取。 (2) 水侧的对流传热系数同理，水被加热，取 （3）金属板的热阻板材为不锈钢（1Cr18Ni9Ti），其导热系数，板厚b=0.8mm，则 （4）污垢热阻 油侧 水侧 （5）总传热系数K =7.8510-4 K=12746.传热面积S 所需传热面积 实际加热面积 安全系数为 ，传热面积的裕度可满足工艺要求7.压差计算 查0.3m2人字形板式换热器图， 油侧<105 水侧<105 故，设计合理故所选板式换热器规格型号：B

11、R0.3 四、设计结果一览表参数油水流量/（kg/h）2000020000进/出温度/70/4020/32.919物性定性温度/5526.46密度/(kg/m3)850996.6定压比热容/(kJ/kg.K)1.84.178粘度Pa.s3.2×10-30.8624×10-3热导率(w/m.k)0.120.611设备结构参数外形尺寸（长*宽*高）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平均流道横截面积，m20.00118平均当量直径，mm8.8主要计算结果油水流速（m/s）0.6150.262表面传热系数/W

12、/(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/%22.55、 附图 单片换热面积：0.308法兰通径：DNmm80板间距：mm4.4工作温度：150单流道截面积：0.00118工作压力：MPa0.6，1.0，1.6最大处理量：m&sup3;/h120角孔直径：mm80板片外形尺寸：mm1135*370*0.7法向波纹节距：mm15有效换热面积：0.308流道宽度：mm320单片重量：kg1.79平均板间距：mm4.4角孔尺寸：mm67平均流道截面积：0.

13、00118波纹高度：mm3.7平均当量直径：mm7.0波纹型式等腰三角形板片材料304 316LBR0.3型板式换热器参数主体装配图6、 辅助设备的选型1. 水泵的选择水的质量流量kg/s，体积流=m3/s得到=0.165m=165mm，取d=170mm。选取mm水管，管路总长为20m，其中换热器截面高出蓄水池表面15m，吸入管路长5m。管内流速m/s，取相对粗糙度，查得摩擦系数 截止阀全开时的阻力系数，两个90°弯头的阻力系数则管路的压头损失为 m则扬程m（水柱）依据体积流量，扬程m（水柱），可从离心泵规格表中选用型号为IS65-50-125的离心泵。2.油泵的选择 油的质量流量k

14、g/s， 油的体积流流量=m3/s得m，取mm，选择mm油管，管路总长为10mm，换热器截面高出泵截面10m。管内流速u=0.615m/s 雷诺数 =1438取钢管相对粗糙度，查得0.523，截止阀全开时的阻力系数，两个90°弯头的阻力系数，则管路的压头损失为 m则扬程m依据体积流量23.53m3/h,扬程10.23m,可从离心泵规格表中选用型号为IS80-50-200的离心泵。七、参考文献1王志魁编.化工原理，北京：化学工业出版社，2010.2柴诚敬编.化工原理，高等教育出版社，2005.3伟萍等编.化工过程及设备设计M, 北京：化学工业出版社,2000.4黄璐编.化工设计，化学工

15、业出版社，20005朱冬生编.换热器技术及进展，中国石化出版社，2008八、课程设计感言两周的课程设计结束了，但是这是我上大学以来除了军训最有意义的事情，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 虽然很枯燥很辛苦很累，但是大家在一起说说笑笑很开心很快乐，突然感觉到大家融合在一起快乐的感觉，是多么的快乐多么的幸福。也感受到了要想成功必须专业，要想胜人一筹必须懂得比别人多，学得比别人精，做得比别人好，这样才能在人群中脱影而出，才能让更多的人来请教你，来得到你的指导和帮助，所以这次我最大的快乐在于帮助别人，也明白了怎么才能有资格有能力去帮助别人，那