食工原理課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱化工原理課程設(shè)計(jì)題目名稱熱水泠卻器的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)XX級(jí)食品科學(xué)與工程（X）學(xué)生姓名XXXX學(xué) 號(hào)XXXXXXXX指導(dǎo)教師二O一 年 月 日 板式冷卻器的設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：板式冷卻器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）處理能力：7.3×104t/Y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80，出口溫度60。2、冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度30，出口溫度40。3、允許壓降：不大于105Pa。4、每年按330天，每天按24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。5、建廠地址：蚌埠地區(qū)。 目錄 1 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)

2、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(shuō)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 計(jì)算定性溫度52.1.2 計(jì)算熱負(fù)荷62. 1. 3 計(jì)算平均溫差62. 1. 4 初估換熱面積及初選板型62. 1. 5 核算總傳熱系數(shù)K72. 1. 6 計(jì)算傳熱面積S92. 1. 7 壓降計(jì)算102.2 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103 課程設(shè)計(jì)評(píng)述11參考文獻(xiàn)12附錄131 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

3、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(guò)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。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30 ，出口溫度40的循環(huán)水冷卻熱水（熱水的入口溫度80，出口溫度

4、60），通過(guò)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(guò)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，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(guò)大或過(guò)小核算冷凝給熱系數(shù)計(jì)算管內(nèi)給

5、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 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80，出口溫度60；冷流體人口溫度30，出口溫度40。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(shuō)明Pr 普蘭特準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次； Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；Y 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，kg·s-1 ； 平均傳熱溫差；K總傳熱系數(shù)，W/

6、（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, Pa·s；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； 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7.3104t/a的熱水從80冷卻至60，冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)水入口溫度30，出口溫度為40

7、，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 = (80+60) /2 = 70冷卻水：tm = (30+40)/2 = 35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 水的物理性質(zhì)物性流體定性溫度Tm密度kg/m3粘度/10-3Pa·s比熱容kJ/(kg·K)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)熱水70977.80.4064.1870.668冷卻水36993.60.7124.1740.6282.1.2計(jì)算熱負(fù)荷Q = Wh Cph (T1-T2)式中Wh = 7.3

8、15;104×103/（330×24）=9217.0kg/h = 2.56kg/sQ =2.56×4.187×(80-60)=214.4 kw2.1.3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1×10-3Pa·s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0.00045m2，有效單片傳熱面積0.10m2。試選組裝

9、形式。該組裝形式中3.0表示其公稱換熱面積為3.0m2；分子的表示，熱水的程數(shù)為2，每程的流道均為10；分母的冷卻水的程數(shù)也為2，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）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2

10、85014600間）（此公式適用于Re在285014600之間）（3）金屬板的熱阻R=擬選用板材為不銹鋼(1Cr18Ni9Ti )，其導(dǎo)熱系數(shù)w=16.8W/m，板的厚度估計(jì)為b=0.8mm（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0.8598×10-40.8598×10-41.7197×10-41.7197×10-4自來(lái)水、井水、湖水1.7197×10-41.7

11、197×10-43.4394×10-43.4394×10-4蒸餾水0.8598×10-40.8598×10-40.8598×10-40.8598×10-4硬水5.1590×10-45.1590×10-48.598×10-48.598×10-4河水5.1590×10-43.4394×10-46.8788×10-45.1590×10-4（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

12、數(shù)（裕度）H = 傳熱面積的裕度可滿足工藝和安全的需要，故該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(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。2.2 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(jiàn)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：鋸齒形板式熱水冷卻器換熱面積(m2)：3.9裕度：7.44%技術(shù)參數(shù)：物料名稱熱水側(cè)冷水側(cè)操作壓強(qiáng),MPa0.130.41操作溫度, 80/60

13、40/30流體密度, kg/m3977.8993.6流速,m/s0.551.150總傳熱量,kW214.4總傳熱系數(shù),W/m2·1709.2對(duì)流傳熱系數(shù), W/m2·909213324.28污垢系數(shù),m2·K/W0.000171970.00017197推薦使用材料不銹鋼(1Cr18Ni9Ti )換熱器規(guī)格外形尺寸,長(zhǎng)×寬×高, mm625×235×0.8有效傳熱面積,m20.10波紋形式鋸齒形波紋波紋高度,mm5.0法向波紋節(jié)距,mm40流道寬度210mm平均板間距,mm5.0平均流道橫截面積,m20.00045平均當(dāng)量直徑

14、, mm10.0參考文獻(xiàn)1 大連理工大學(xué)化工原理教研室編.化工原理課程設(shè)計(jì).大連理工大學(xué)出版社,19942 柴誠(chéng)敬等編.化工原理課程設(shè)計(jì). 天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社, 19943 王志祥主編.制藥化工原理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 20054 柴誠(chéng)敬.張國(guó)亮等.化工流體流動(dòng)與傳熱. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20005 余國(guó)琮等.化工容器及設(shè)備.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19806 匡國(guó)柱.史啟才.化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出社,19887 朱聘冠.換熱器原理及計(jì)算.北京:清華大學(xué)出版社,19878 時(shí)均等編.化學(xué)工程手冊(cè)(第二版,上卷).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1996附錄附錄1：主體設(shè)備工藝條件圖板式換熱器外形尺寸及安裝圖鋸齒形板式熱水冷卻器安裝尺寸參數(shù)和型號(hào)ABCDEFGHL最大裝機(jī)面積（m2）最大流量(m3/h)接口尺寸（mm）鋸齒形波紋板BR006K580