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70C，出口温度40C(2) 冷却介质：工业硬水，入口温度 20C,(3) 水的流量为20000kg/h(4) 油侧与水侧允许压强降：不大于 105Pa(5) 油定性温度下的

2、物性参数：名称p (kg/m)Cp (kj/kg. C)卩(Pa.s)扎(W/m. C)油8501.83.2 X 10-30.12目录、设计方案简介1.11.21.3板式换热器简介 板式换热器的应用. 板式换热器的组装形式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 1热负荷2平均温差3定性温度下物性数据 104初估换热面积及初选板型 105核算总传热系数 126传热面积 127压差计算 12四、设计

3、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Si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 式换热器是液一液、液一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

4、高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收 率可咼达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. 电力工业：高压变压

5、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 流体的主体流向是逆流，但 相邻流道中

6、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200C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300C,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，可选用非对称性换热器。（2）板型选择主要考虑需

7、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。单帳面朝t m2Oi0203OS0.8I1-0" |2角孔亶径.mm4050690BfklOO125-150175-20020(250300350

8、的400单會量大飪理2/hi 27,271-1371081060153O-2OSO約 2700（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，反之则情况相反。板间平均流速0.20 .8m /s。流速低于0. 2m/s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

9、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、工艺流程简图N产品蓄水池二、工艺计算和主题设备设计3.1确定物性数据1.热负荷Qi=qmiCp(Ti-T2)= 20000 1.8 103 (70-40)=3 105W=Q23600小 盘切 200003；。1：18 103 =32'919 C2. 平均温差= 27.667 °C_ (T1 十2)一(丁2 一右)_

10、(7032.919) - (40 - 20) - I 70-32.919In40-20InThTti3. 定性温度下物性数据项目油水定性温度t = 70 叫55 C2丄 20 + 32.919“厂t =26.46 C2物性参数P1 =850 kg/kJ =C Cp1=8kj/kg ：CP 2 = 996.6kg/m3 Cp 4.178 kJ kg =C3卩 “ =3.2 00 Pa s1卩=8.624疋 10*Pa s2/2 Q=0.12W.'m C人 2=0.611W/m4. 初估换热面积及初选板型粘度大于1 103Pa s的油与水换热时，列管式换热器的K值大约为11547%2。，而

11、板式换热器的传热系数为管式换热器的 24倍，贝何 初估K为100初估换热面积S = Q鼻卫 10.083逆 1000T7.667初选BR0.1型板式换热器，其单通道横截面积为8.4 10，m2，实际单板换热面积为0.1152m o初选组装形式为610.8卫。2 9为油的流程，程数为2,每程通道100f1 汇18数为9; 1 18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:32 =2.322p=itit132= 0.25870 -20查单壳程温差校正系数图，得=0.97.也tm =tm 逆® =26.667x0.97 =2

12、6.837°C初估换热器面积S = Q11.18m2Ktm 1000x26.8375. 核算总传热系数K(1) 油侧的对流传热系数:.1流速 ij1200000.615msU13600x8509x0.00118二 4.4mm。采用0.1m2人字形板式换热器，其板间距；当量直径 De = 26 =2 汉4.4 =8.8mmRe =1Cp1 10.008 850 0.6153.2 10；= 14381.8 103 3.2 100.12-480.70.43 P0.14f U 4-：厂°.18R Pr1 （丁）Dew油被冷却，取（丄）0.14 =0.95。Aw0 120.18143

13、807 48°43 0.95 = 20001 0.008（2）水侧的对流传热系数i 220000U2 = 3600x996.6x18x0.00118 = °262円 S *DeU2 20.008 0.262 996.60.001184.178 曲磁4 E = 5.900.6110.7Re2 Pce0.43(丄)0.14w=2664水被加热，取()0.14 =1.05Aw：2=0.18 鳥 2000“75.90043 1.05=7037(3) 金属板的热阻-板材为不锈钢(1Cr18Ni9Ti ),其导热系数w=16.8W (m2 -C),板厚b=0.8mm 贝S0.18 10

14、”16.8-0.0000476( m2 C) W120000.000052 0.00004760.00004317037-4=7.8510K=1274W (m2 C)6. 传热面积S所需传热面积Q3灯052S8.8mKt 1274x26.837-Im实际加热面积2S=(N-1) 0.308 =35 0.308 =10.78m安全系数为107护1°°%= 22职，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-P-u（油-冰）图， 油侧 s = 0.615m. s, ：P =0.94 105Pa<1°5水侧 u2 =°.262

15、m s, ：P=0.6 105Pa<1°5故，设计合理故所选板式换热器规格型号：BR0.3-6- 10.8 -9100/仆 18四、设计结果一览表参数油水流量 / （ kg/h）2000020000进/出温度/C70/4020/32.919物定性温度/ G5526.46密度/(kg/m 3)850996.6性定压比热容/(kJ/kg.K)1.84.178粘度Pa.s3.2 X 10-30.8624 X 10-3热导率(w/m.k)0.120.611设外形尺寸(长*宽*高)1135X 3707.7备有效传热面积，m0.308结波纹形式等腰三角形构波纹高度，mm3.7参流道宽度，m

16、m320数平均板间距，mm4.4平均流道横截面积，m0.00118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2/W/(m .k)20007037污垢热阻/m2.K/W0.0000520.000043Re14382664Pr485.90热流量/KW300传热系数1274/W/(m2.k)裕度/%22.5五、附图单片换热面积：川0.308法兰通径： DNmm80板间距：mm4.4工作温度：C<150单流道截面积：川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

17、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：川0.00118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六、辅助设备的选型1.水泵的选择、3水的质量流量qm =5.56kg/s，体积流qv=5.57 10m/S得到 d = 护=0.165m=165mm 取 d=170mm选取219 24.5mm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 u =0.2

18、62m/s. Re 二 2664取相对粗糙度二=9色=0.0016，查得摩擦系数d 219 =0.0232截止阀全开时的阻力系数 "6.0，两个90°弯头的阻力系数2=0.75 2 =1.5 2则管路的压头损失为、）2gA ooq= (0.02326.0 1.5)0.034 m0.21927.81则扬程 H'H =15 0.034 =15.034 m （水柱）依据体积流量= 20000 = 20.1m3. h，扬程H =15.034m （水柱），可从离心泵996.6规格表中选用型号为IS65-50-125的离心泵。2.油泵的选择油的体积流流量油的质量流量qm二旦000 =5.56kg/s， 3600qv = 6.54 10°m/S得d=0.116nr，取d=119mm选择啊27><4mnm由管，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Re=1438取钢管相对粗糙度=035 =0.0028，查得，0.523 ,d 127截止阀全开时的阻力系数 -6.0 ,两个90°弯头的阻力系数 厂0.75 2 =1.5，2则管路的压头损失为'Hr (丄