鋸齒形板式熱水冷卻器的設(shè)計(jì)3doc

1、鋸齒形板式熱水冷卻器的設(shè)計(jì)書一、設(shè)計(jì)題目：鋸齒形板式熱水冷卻器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）處理能力：15萬(wàn)t/a熱水（2）設(shè)備型式：鋸齒形板式熱水冷卻器（3）操作條件：1、熱水：入口溫度88，出口溫度65。2、冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度35，出口溫度45。3、允許壓降：不大于105Pa。4、每年按300天，每天按24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。5、建廠地址：萬(wàn)州地區(qū)。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：（1）計(jì)算熱負(fù)荷（2）計(jì)算平均溫差（3）初估換熱面積及初選板型（4）核算總傳熱系數(shù)K（5）計(jì)算傳熱面積S（6）壓降計(jì)算（7）板式熱水冷卻器規(guī)格選型（8）附屬設(shè)備的選型（9）工藝流程圖（CAD A4） 目 錄鋸齒形板式熱水冷卻器

2、的設(shè)計(jì)書1一、設(shè)計(jì)題目：11 概述11.1 換熱器簡(jiǎn)介11.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介21.3 確定設(shè)計(jì)方案21.3.1 設(shè)計(jì)流程圖31.3.2 工藝流程簡(jiǎn)圖41.3.3 換熱器選型41.4 符號(hào)說明42 鋸齒形板式熱水冷卻器的工藝計(jì)算52.1 確定物性數(shù)據(jù)52.1.1首先計(jì)算定性溫度，并查取定性溫度下的物性數(shù)據(jù)52.1.2計(jì)算熱負(fù)荷62.1.3計(jì)算平均溫差（按逆流計(jì)算）62.1.4初估換熱面積及初選板型62.1.5計(jì)算總傳熱系數(shù)K72.1.6計(jì)算傳熱面積S102.1.7 壓降計(jì)算103 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)103.1 熱量衡算103.2 換熱器工藝尺寸的計(jì)算114 輔助設(shè)備的計(jì)算和選型114.1 泵

3、的選擇114.1.1 對(duì)熱水所需的泵進(jìn)行選擇計(jì)算：124.1.2對(duì)冷水所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇：135 鋸齒形板式熱水冷卻器主要技術(shù)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果136 課程設(shè)計(jì)評(píng)述141 概述1.1 換熱器簡(jiǎn)介換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它的主要功能是保證工藝過程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器種

4、類很多，若按換熱器傳熱面積形狀和結(jié)構(gòu)可分為管式換熱器和特殊形式換熱器。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各一相同，故換熱器的類型很多，特點(diǎn)不一、可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)為鋸齒形板式熱水換熱器。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，兩組交替排列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的四個(gè)角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆

5、流或并流通過每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。板式換熱器的特點(diǎn)包括：（1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高；（3）組裝靈活；（4）金屬消耗量低；（5）熱損失小；（6）拆卸、清洗、檢修方便；（7）缺點(diǎn)是密封周邊較長(zhǎng)，容易泄漏，使用溫度只能低于150，承受壓差較小，處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開清洗。1.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介根據(jù)設(shè)計(jì)要求:用入口溫度35 ，出口溫度45的循環(huán)水冷卻熱水（熱水的入口溫度88，出口溫度65），通過傳熱量、阻力損失傳熱系數(shù)、傳熱面積的計(jì)算，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值確定換熱器的工藝尺寸、設(shè)備型號(hào)、規(guī)模選定，然后通過計(jì)算來(lái)確定各工藝尺寸是否符合要求，符合要求后完成工藝流程圖和設(shè)備主體條件圖，

6、進(jìn)而完成設(shè)計(jì)體系。設(shè)計(jì)要求：選擇一臺(tái)適宜的鋸齒形換熱器并進(jìn)行核算。下圖中左面的為板式換熱器外形，右邊的是板式換熱器工作原理圖。1.3 確定設(shè)計(jì)方案1.3.1 設(shè)計(jì)流程圖確定物性常數(shù)，熱負(fù)荷、冷卻劑用量及平均溫差，確定換熱器類型及流體流動(dòng)空間估計(jì)傳熱系數(shù)，計(jì)算傳熱面積初值計(jì)算選擇板式換熱器板型計(jì)算值與假定值相差較大估計(jì)冷凝給熱系數(shù)計(jì)算值與假定值相差較大壓降大于設(shè)計(jì)壓力裕度過大或過小核算冷凝給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)總傳熱系數(shù)核算計(jì)算值與假定值相差不大折流板計(jì)算殼側(cè)壓降和管側(cè)壓降計(jì)算，并與設(shè)計(jì)壓力比較壓降小于設(shè)計(jì)壓力裕度系數(shù)校驗(yàn)裕度合適板式換熱器選取合理鋸齒形板式熱水冷卻器冷水冷水熱水熱水1.3.2

7、 工藝流程簡(jiǎn)圖1.3.3 換熱器選型兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度88，出口溫度65；冷流體入口溫度35，出口溫度45。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，初選BJ0.2鋸齒形波紋板片的板式熱水冷卻器。1.4 符號(hào)說明Pr 普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；a 對(duì)流給熱系數(shù)，W/（m2）； S換熱面積，m2；Wh熱流體的質(zhì)量流量，kgs-1 ； 平均傳熱溫差；K總傳熱系數(shù)，W/（m2）； N管子總數(shù)；H傳熱面積裕度； 平均傳熱溫差，；Q換熱器的熱負(fù)荷，kw； 粘度, Pas；Ri垢阻熱阻，m2/W； Ri導(dǎo)熱熱阻，m2/W；w導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2）； b管壁厚度，mm;d換熱器直徑，m；

8、密度,kg/m3Np管程數(shù)； Tm定性溫度，；L管子總長(zhǎng)，m； De當(dāng)量直徑,mm;ui循環(huán)水的流速，m/s； Wi冷卻水用量，Kg/h；Cph熱流體的平均定壓比熱，kJ/(kg)2 鋸齒形板式熱水冷卻器的工藝計(jì)算將1.5105t/a的熱水從88冷卻至65，冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)水入口溫度35，出口溫度為45，設(shè)計(jì)一臺(tái)鋸齒形板式熱水冷卻器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。2.1 確定物性數(shù)據(jù)2.1.1首先計(jì)算定性溫度，并查取定性溫度下的物性數(shù)據(jù)熱水：Tm = (88+65) /2 = 76.5冷卻水：tm = (35+45)/2 = 40查化工原理附錄，兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表:表2.1 水的物理

9、性質(zhì)物性流體定性溫度Tm密度kg/m3粘度/10-3Pas比熱容kJ/(kgK)導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)熱水76.5981.70.4394.1920.672冷卻水40992.20.6534.1740.6342.1.2計(jì)算熱負(fù)荷Q = Wh Cph (T1-T2)式中Wh = 1.5105103/30024=20833.34kg/h = 5.787kg/sQ =5.7874.192(88-65)=557.96kw2.1.3計(jì)算平均溫差（按逆流計(jì)算）2.1.4初估換熱面積及初選板型對(duì)于粘度小于110-3Pas的熱水與循環(huán)冷卻水的換熱，列管式換熱器的K值大約為8501700W/m2，而板式熱水冷卻器的K

10、值大約為為列管式換熱器的24倍，則可初估K為2500 W/m2。初估換熱面積初步選定BJ0.2 0鋸齒形波紋板片的板式熱水冷卻器，其單通道流通截面積為0.00045，有效單片傳熱面積0.10。試選組裝形式。該組裝形式中2.0表示其公稱換熱面積為7.0；分子的表示，熱水的程數(shù)為1，每程的流道均為10；分母的冷卻水的程數(shù)也為1，其流道為10。因所選板型為混流，故可采用列管式換熱器的溫差校正系數(shù)：圖2.1 溫差校正系數(shù)圖查單殼程的溫差校正系數(shù)圖，得初估板式換熱面積2.1.5計(jì)算總傳熱系數(shù)K（1）計(jì)算熱水側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)熱水在流道內(nèi)的流速當(dāng)量直徑（為板片波紋高度，即板間距）（在285014600之間）

11、如果選用0.2m2鋸齒形波紋板片，則其傳熱熱系數(shù)的計(jì)算公式如下:（此公式適用于Re在285014600之間）（2）計(jì)算冷卻水側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)冷卻水的質(zhì)量流量冷卻水在流道內(nèi)的流速（適用Re在285014600間）（此公式適用于Re在285014600之間）（3）金屬板的熱阻R=擬選用板材為304不銹鋼，其導(dǎo)熱系數(shù)w=16.3W/m，板的厚度估計(jì)為b=3.5mm（估計(jì)值），則R=（4）污垢熱阻附錄24 壁面污垢熱阻表2.2 冷卻水的壁面污垢熱阻冷卻水 單位：W-1加熱液體溫度/115以下115205水的溫度/25以上25以下水的速度1以下1以上1以下1以上海水0.859810-40.859810-

12、41.719710-41.719710-4自來(lái)水、井水、湖水1.719710-41.719710-43.439410-43.439410-4蒸餾水0.859810-40.859810-40.859810-40.859810-4硬水5.159010-45.159010-48.59810-48.59810-4河水5.159010-43.439410-46.878810-45.159010-4（5）總傳熱系數(shù)K2.1.6計(jì)算傳熱面積S設(shè)備實(shí)際傳熱面積所需傳熱面積帶入由實(shí)際傳熱面積和理論傳熱面積計(jì)算的：安全系數(shù)（裕度）H = 傳熱面積的裕度可滿足工藝和安全的需要（0-25%），故該換熱器能夠完成生產(chǎn)任

13、務(wù)。2.1.7 壓降計(jì)算查化工原理課程設(shè)計(jì)5, 查0.2m2鋸齒形波紋板式熱水冷卻器的曲線圖(斜率m=1.67)。熱水側(cè)時(shí)，滿足要求熱水側(cè)時(shí)，滿足要求故所選板式熱水冷卻器合理。3 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)3.1 熱量衡算1.熱水喪失的熱量為Qh=557.96kw2.計(jì)算冷卻水吸收的熱量：冷卻水的進(jìn)出口溫度分別為35和45，其定性溫度為40，40的水的比熱容為4.174 kJ/(kg)Qc=ms2Cpc（t2-t1）=13.374.17410=558.06 kwQhQc,熱量守恒。3.2 換熱器工藝尺寸的計(jì)算1.板片數(shù)=傳熱面積/單片傳熱面積=7.9/0.1=792.熱水側(cè)流道數(shù)=（板片數(shù)-1）/

14、2=（79-1）/2=39冷水側(cè)流道數(shù)=79-39=403.平米數(shù)=板片數(shù)-單片傳熱面積=59-0.1=58.94.熱水側(cè)板內(nèi)流速=體積流量/(單通道截面積流道數(shù))=2.32/（0.0004539）=132.2（m/s） 冷水側(cè)板內(nèi)流速=11.45/（0.0004540）=636.2（m/s）4 輔助設(shè)備的計(jì)算和選型4.1 泵的選擇 ISWH臥式不銹鋼離心泵參數(shù)表型號(hào)流量揚(yáng)程m效率%轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率kw汽蝕余量m重量kgISWH40-1604.46.38.333323035404029002.22.347ISWH40-160A4.15.97.8292826.334393929001.52

15、.347ISWH40-160B3.85.57.225.52422.534383729001.12.348ISWH40-2004.46.38.3515048263332290042.348ISWH40-200A4.15.97.8454442263130290032.362ISWH40-200B3.75.37.0383634.529292929002.22.352ISWH40-100I8.812.516.313.212.511.355 62 6029001.12.334ISWH40-100IA81114.510.610960606029000.752.332ISWH40-125IA81114.51

16、7161457575729001.12.333ISWH40-160I8.812.516.3333230455251290032.356型號(hào)流量揚(yáng)程m效率%轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率kw汽蝕余量m重量kgISWH40-160IA8.211.715.229282644515029002.22.347ISWH40-160IB7.310.413.5232220.550505029001.52.343以下是兩種不同類型的泵的選擇4.1.1 對(duì)熱水所需的泵進(jìn)行選擇計(jì)算：由ms1=20833kg/h，可得mv1=ms1/熱水=20833/981.7=21.2，考慮經(jīng)濟(jì)因素，從上表中選用ISWH40-100I的泵

17、：r=2900（r/min），mv1=12.5(m3/h)（便于調(diào)節(jié)）,H=12.5m（可將換熱器安裝在高處），。4.1.2對(duì)冷水所需的泵進(jìn)行計(jì)算選擇：由ms2=48132kg/h，可得mv2=ms2/冷水=48132/992.2=48.5，考慮經(jīng)濟(jì)因素，結(jié)合上表，選用ISWH40-160I的泵：r=2900（r/min），mv2=16.3(m3/h)（便于調(diào)節(jié)），H=30m（與熱水泵錯(cuò)開），5 鋸齒形板式熱水冷卻器主要技術(shù)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求計(jì)算，所選的鋸齒形板式熱水冷卻器的主要技術(shù)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表3-2。表2.3 鋸齒形板式熱水冷卻器技術(shù)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果換熱器類型：鋸齒形板

18、式熱水冷卻器換熱面積(m2)：7.9裕度：16.69%技術(shù)參數(shù)：物料名稱熱水側(cè)冷水側(cè)操作壓強(qiáng),MPa0.380.20操作溫度, 88/6545/35流體密度, kg/m3981.7992.2流速,m/s1.3092.990總傳熱量,kW557.96總傳熱系數(shù),W/m22327.5對(duì)流傳熱系數(shù), W/m214105.923950.6污垢系數(shù),m2K/W0.0000430.000034推薦使用材料304不銹鋼換熱器規(guī)格外形尺寸,長(zhǎng)寬高, mm6252350.8有效傳熱面積,m20.22波紋形式鋸齒形波紋波紋高度,mm5.8法向波紋節(jié)距,mm40流道寬度280mm平均板間距,mm5.8平均流道橫截面

19、積,m20.00045平均當(dāng)量直徑, mm11.66 課程設(shè)計(jì)評(píng)述本次化工原理課程設(shè)計(jì)是對(duì)年處理量1.5105噸（按一年300天算）的鋸齒形板式熱水冷卻器的設(shè)計(jì)。按老師布置設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件嚴(yán)格計(jì)算與設(shè)計(jì)，我通過到圖書館查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料、上網(wǎng)搜索資料、和向老師、同學(xué)請(qǐng)教以及反復(fù)的計(jì)算核實(shí)，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，我力求嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心、準(zhǔn)確，并作出多次修改，板式熱水冷卻器的設(shè)計(jì)可以說基本上完成了。這次的在課程設(shè)計(jì)過程中我有一些體會(huì)：課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要我們自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理

20、想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)，我知道了必須要學(xué)會(huì)以下幾點(diǎn)：(1)熟悉查閱文獻(xiàn)資料、搜集有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用公式。(2)在兼顧技術(shù)上先進(jìn)性、可行性，經(jīng)濟(jì)上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全運(yùn)行所需要的檢測(cè)和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還要考慮改善勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。(3)準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。(4)用精練的語(yǔ)言、簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，雖然出現(xiàn)了很多狀況，很多方面的知識(shí)我都是臨時(shí)翻書找的，也怪自己平時(shí)沒有好好的實(shí)踐，才臨時(shí)抱佛腳了，但不管怎么樣，我還是學(xué)到了很多東西，也初步形成了設(shè)計(jì)化工儀器的概念，但由于自身水平有限，錯(cuò)誤和不當(dāng)之處