熱水冷卻器的課程設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上課 程 設 計 學 院：蚌埠學院 班 級：11級食品科學與工程3班 姓 名：xxxxx 學號： 指導老師：xxxxxx 2013年6月專心-專注-專業(yè)設計任務書一、設計題目熱水冷卻器的設計 二、設計參數(shù)（1）處理能力6.2×104t/a熱水。 （2）設計形式 鋸齒形板式換熱器（3）操作條件 熱水：入口溫度85,出口溫度60。冷卻介質：循環(huán)水，入口溫度32,出口溫度40。允許壓降：不大于105pa。每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行。建廠地址：湖南地區(qū)。三、設計內容及要求（1）計算熱負荷（2）計算平均溫度差（3）初估換熱面積及初選板型（4）核算總傳熱系數(shù)K

2、（5）計算傳熱面積S（6）壓降計算（7）板式換熱器滾個選型（8）附屬設備的選型（9）換熱工藝流程圖（手繪A2），主體設備工藝條件圖（手繪A1）。目 錄1概述3 1.1板式換熱器的簡介3 1.2設計方案簡介7 1.3確定設計方案10 1.3.1工藝流程10 1.3.2換熱器選型11 1.4符號說明112主要設備工藝計算12 2.1計算定性溫度12 2.2計算熱負荷12 2.3計算平均溫差12 2.4初估換熱面積S及板型12 2.5核算總傳熱系數(shù)K 13 2.5.1計算熱水側的對流給熱系數(shù)13 2.5.2計算冷水側的對流給熱系數(shù)14 2.5.3金屬板熱阻14 2.5.4污垢熱阻14 2.5.5總傳

3、熱系數(shù)15 2.6估算傳熱面積S 15 2.7計算壓力降p 153換熱器主要技術參數(shù)和計算和結果16設計評述19 參考文獻20附錄21附錄121 1 概述換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設備，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，應用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多。1.1鋸齒形板式換熱器簡介板式換熱器是由一系列

4、具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進行熱量交換。它與常規(guī)的管殼式換熱器相比，在相同的流動阻力和泵功率消耗情況下，其傳熱系數(shù)要高出很多，在適用的范圍內有取代管殼式換熱器的趨勢。 板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。 1. 板式換熱器的基本結構 2.板式換熱器是以波紋為傳熱面的新型、高效換熱器，它具有如下特點： a、 高效節(jié)能：板式換熱器的傳熱系數(shù)高，比相同平方的列管式換熱器提高30%50%。b、 結構緊湊：板式換熱器體積小，占地面積小，散熱損失小，重量輕，每立方米

5、體積內約布置250平方米左右的傳熱面積，占地面積僅為列管式換熱器的1/4-1/8。c、 拆裝清洗方便：板式換熱器靠夾緊螺栓將夾固板和板片夾緊，因此拆裝方便，隨時可以打開清洗。有時甚至可以不必完全拆開僅把壓緊螺栓松開就可抽出板片清洗，更換膠墊，以至更換板片，同時由于板面光潔，湍流程度高，不易結垢。d、 使用壽命長：板式換熱器的板片采用不銹鋼或鈦合金板片壓制，可耐各種腐蝕介質。e、 適用性強：板式換熱器板片為獨立元件，可按要求隨意增減流程，形式多樣：可適用于各種不同工藝的要求。 f、 不串液：板式換熱器密封槽設置泄液液道，各種介質不會串通，即使出現(xiàn)泄漏，介質總是向外排出。g、 制作方便 板式換熱器

6、的傳熱板是采用沖壓加工，標準化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。 h、 容易清洗 框架式板式換熱器只要松動壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進行機械清洗，這對需要經(jīng)常清洗設備的換熱過程十分方便。 I、熱損失小 板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。 3.板式換熱器的應用場合 a. 制冷：用作冷凝器和蒸發(fā)器。 b. 暖通空調：配合鍋爐使用的中間換熱器、高層建筑中間換熱器等。 c. 化學工業(yè)：純堿工業(yè)，合成氨，酒精發(fā)酵，樹脂合成冷卻等。 d. 冶金工業(yè)：鋁酸鹽母液加熱或冷卻，煉鋼工藝冷卻等。 e.

7、機械工業(yè)：各種淬火液冷卻，減速器潤滑油冷卻等。 f. 電力工業(yè)：高壓變壓器油冷卻，發(fā)電機軸承油冷卻等。 g. 造紙工業(yè)：漂白工藝熱回收，加熱洗漿液等。 h. 紡織工業(yè)：粘膠絲堿水溶液冷卻，沸騰硝化纖維冷卻等。 i. 食品工業(yè)：果汁滅菌冷卻，動植物油加熱冷卻等。 j. 油脂工藝：皂基常壓干燥，加熱或冷卻各種工藝用液。 k. 集中供熱：熱電廠廢熱區(qū)域供暖，加熱洗澡用水。 l. 其他：石油、醫(yī)藥、船舶、海水淡化、地熱利用。3.壓降校核 在板式換熱器的設計選型使，一般對壓降有一定的要求，所以應對其進行校核。如果校核壓降超過允許壓降，需重新進行設計選型計算，直到滿足工藝要求為止。 （1）結構原理 可拆卸

8、板式換熱器是由許多沖壓有波紋薄板按一定間隔，四周通過墊片密封，并用框架和壓緊螺旋重疊壓緊而成，板片和墊片的四個角孔形成了流體的分配管和匯集管，同時又合理地將冷熱流體分開，使其分別在每塊板片兩側的流道中流動，通過板片進行熱交換。 （2）板式換熱器的設計特點 1、高效節(jié)能：其換熱系數(shù)在30004500kcal/m2°Ch，比管殼式換熱器的熱效率高35倍。 2、結構緊湊：板式換熱器板片緊密排列，與其他換熱器類型相比，板式換熱器的占地面積和占用空間較少，面積相同換熱量的板式換熱器僅為管殼式換熱器的1/5。 3、容易清洗拆裝方便：板式換熱器靠夾緊螺栓將夾固板板片夾緊，因此拆裝方便，隨時可以打開

9、清洗，同時由于板面光潔，湍流程度高，不易結垢。 4、使用壽命長：板式換熱器采用不銹鋼或鈦合金板片壓制，可耐各種腐蝕介質，膠墊可隨意更換，并可方便在、拆裝檢修。 5、適應性強：板式換熱器板片為獨立元件，可按要求隨意增減流程，形式多樣；可適用于各種不同的、工藝的要求。 6、不串液，板式換熱器密封槽設置泄液液道，各種介質不會串通，即使出現(xiàn)泄露，介質總是向外排出。 （3）板式換熱器的應用范圍 板式換熱器已廣泛應用于冶金、礦山、石油、化工、電力、醫(yī)藥、食品、化纖、造紙、輕紡、船舶、供熱等部門，可用于加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝、殺菌消毒、余熱回收等各種情況 i.化學工業(yè) 制造氧化鈦、酒精發(fā)酵、合成氨、樹脂合成

10、、制造橡膠、冷卻磷酸、冷卻甲醛水、堿炭工業(yè)、電解制堿。 ii.鋼鐵工業(yè) 冷卻淬火油，冷卻電鍍用液、冷卻減速器潤滑油、冷卻軋制機、拉絲機冷卻液。 iii.冶金行業(yè) 鋁酸鹽母液的加熱和冷卻，冷卻鋁酸鈉，煉鋁軋機潤滑油冷卻。 iv.機械制造業(yè) 各種淬火液冷卻，冷卻壓力機、工業(yè)母機潤滑油，加熱發(fā)動機用油。 v.食品工業(yè) 制鹽，乳品，醬油，醋的殺菌、冷卻，動植物油加熱、冷卻，啤酒生產(chǎn)中啤酒、麥芽汁的加熱冷卻，制糖，明膠濃縮，殺菌、冷卻，制造谷氨酸鈉。 vi.紡織工業(yè) 各種廢液熱回收，沸騰磷化纖維的冷卻，冷卻粘膠液，醋酸和酸醋酐的冷卻，冷卻堿水溶液，粘膠絲的加熱和冷卻。 vii.造紙工業(yè) 冷卻黑水，漂白用

11、鹽、堿液的加熱、冷卻，玻璃紙廢液的熱回收，加熱蒸煮酸，冷卻氫氧化鈉水溶液，回收漂白張紙的廢液，排氣的凝縮，預熱濃縮紙漿似的廢液。 viii.集中供暖 熱電廠廢熱區(qū)域供暖，加熱生活用水，鍋爐區(qū)域供暖 ix.油脂工業(yè) 加熱、冷卻合成洗滌劑，加熱鯨油，冷卻植物油，冷卻氫氧化鈉，冷卻甘油、乳化油。 x.電力工業(yè) 發(fā)電機軸泵冷卻，變壓器油冷卻。 xi.船 舶 柴油機，中央冷卻器，卸套水冷卻器，活塞冷卻器，潤滑油冷卻器，預熱器，海水淡化系統(tǒng)（包括多級及單級） xii.其 他 醫(yī)藥、石油、建陶、玻璃、水泥、地熱利用等。 1.2設計方案簡介  圖分別顯示了平直形翅片和鋸齒形翅片換熱器中距冷流體入口&

12、#160;處截面的速度場分布。將流體速度達到入口處速度的處定義為邊界層與主流區(qū)的分界處，本次計算中，冷熱流體的入口速度分別為和?？梢郧宄乜吹搅黧w在鋸齒形翅片中的速度邊界層比在平直形翅片中的速度邊界層薄，說明了與平直形翅片相比，鋸齒形翅片對增加流體擾動、破壞邊界層具有明顯的作用。                          

13、0; 鋸齒形翅片的溫度場和速度場分布    圖顯示了鋸齒形翅片中熱通道中間截面處的溫度場分布，可以看到交錯排列的翅片使流體在流動方向上產(chǎn)生的熱邊界層總是不斷被破壞，使得鋸齒形翅片比平直形翅片擁有更好的換熱效果。圖顯示了的中間截面處的速度矢量分布，從圖中可以看到流體接近翅片時出現(xiàn)的分流，和流體離開翅片時在翅片尾部產(chǎn)生的微小旋渦。                    

14、局部換熱系數(shù)和壓力的變化趨勢從圖  中可以看出冷熱流體的換熱系數(shù)都是 隨著溫度的增加而增加（熱流體沿軸正方向流動，冷流體相反），這說明流體的局部換熱系數(shù)受溫度的影響；冷熱流體在入口附近的局部換熱系數(shù)都相對較大，這是因為從入口到層流充分發(fā)展段之間的區(qū)域內，流體的熱邊界層比較薄，因而有較高的局部換熱系數(shù)。熱流體的局部換熱系數(shù)大約是冷流體局部換熱系數(shù)的兩倍，這是因為熱流體的數(shù)大約為冷流體的兩倍。從圖中可以看出流體的局部換熱系數(shù)在相鄰兩排鋸齒的交錯面上出現(xiàn)突躍，這是因為流體受到翅片的擾動后邊界層突然變薄，使流體在那里的換熱突然增強。比較圖和圖 可以看到，相同情況

15、下，鋸齒形翅片的換熱系數(shù)要大于平直形翅片的換熱系數(shù)。從圖中可以看到冷熱流體的壓力變化基本是線性的，在入口處變化較大，冷熱流體的總壓損大約在 和 。從圖 中可以看到冷熱流體的壓力變化也呈現(xiàn)出鋸齒狀，在鋸齒的交錯面上流體的壓力出現(xiàn)突降，這是因為翅片對流體的阻擋造成的，冷熱流體的壓損大約為 和 。                     

16、60;      1.3 確定設計方案將 技術運用到板翅式換熱器的設計領域，通過合理簡化，建立了平直形和鋸齒形兩種翅片類型的換熱器通道模型，對微小通道中流體的流動與傳熱進行了數(shù)值分析，并對計算結果進行了分析，比較了兩種翅片中流體的邊界層、局部換熱系數(shù)和壓力損失，從微觀角度得出了鋸齒形翅片高換熱效率的根本原因。1.3.1工藝流程工藝流程設計涉及面很廣，它最先開始，最后完成，是由淺入深、由定性到定量逐步分段進行的。逐步得到工藝流程草圖、工藝物料流程圖、帶控制點工藝流程圖、管道儀表流程圖。鋸齒形板式換熱器水 水水熱水熱水1.3.2

17、 換熱器選型鋸齒形板式換熱器1.4 符號說明Wh 熱液體質量流量 Wc 冷流體質量流量 Cph 熱水定壓比熱 kJ(·)Cpc 冷水定壓比熱 kJ(·) 平均溫差 校正后的平均溫差 K 總傳熱系數(shù) W··-1S 換熱面積 Re 雷洛準數(shù) 無因次Pr 普蘭特準數(shù) 無因次 熱流體對流傳熱系數(shù) W··-1 冷流體對流給熱系數(shù) W··-1 材料導熱系數(shù) W/m·b 板材厚度 2 熱水冷卻器的設計工藝計算2.1計算定性溫度，并查取定性溫度下的物性數(shù)據(jù)將60103t/Y的熱水從80冷卻至50，冷卻介質采用循環(huán)水，循環(huán)

18、水入口溫度30，出口溫度為40，設計一臺鋸齒形板式熱水冷卻器，完成該生產(chǎn)任務。熱水：冷卻水：查化工原理附錄，兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表物性流體定性溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導熱系數(shù)W/(m·)熱水70977.80.4064.1870.668冷卻水36993.60.7124.1740.6282.2計算熱負荷式中2.3計算平均溫差2.4 初估換熱面積及初選板型對于熱水與冷卻水的換熱，列管式換熱器的K值大約為8501700W/m2，而板式換熱器的K值為列管式換熱器的24倍，則可初估K為2500 W/m2。初估換熱面積初選BJ0.2鋸齒

19、形波紋板片的板式換熱器，其單通道流通截面積為0.00045m2，有效單片傳熱面積0.10m2。試選組裝形式。該式表示其公稱換熱面積為2.0m2，熱水的程數(shù)為1，每程的流道均為10；冷卻水的程數(shù)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)：查單殼程的溫差校正系數(shù)圖，得初估板式換熱面積2.5核算總傳熱系數(shù)K2.5.1計算熱水側的對流給熱系數(shù)熱水在流道內的流速當量直徑（為板片波紋高度，即板間距）（在285014600之間）選用0.2鋸齒形波紋板片給熱系數(shù)的計算公式（適用于）2.5.2計算冷卻水側的對流給熱系數(shù)冷卻水的質量流量冷卻水在流道內的流速（在285014600之間）

20、 （適用于）2.5.3金屬板的熱阻擬選用板材為不銹鋼(1Cr18Ni9Ti )，其導熱系數(shù)w=16.8W/m，板的厚度估計為b=0.8mm（估計值），則R=2.5.4污垢熱阻查化工原理課程設計書4,得熱水和循環(huán)冷水側的污垢熱阻分別為： 附錄24 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自來水、井水、湖水1.7197×10-41.7197×

21、;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5.1590×10-43.4394×10-46.8788×10-451590×10-42.5.5總傳熱系數(shù)2.6估算傳熱面積所需傳熱面積設備實際傳熱面積安全系數(shù)2.7計算壓力降查鋸齒形波紋板式換熱器的曲線圖熱水側時，滿足

22、要求熱水側時，滿足要求所選換熱器的規(guī)格如下所選換熱器的規(guī)格為，其主要技術參數(shù)如下：外形尺寸（長×寬×高）1000×300×1.2mm有效傳熱面積.0.22m2波紋形式.鋸齒形波紋高度.5.8mm法向波紋節(jié)距.40mm流道寬度.280mm平均板間距.5.8mm平均流道橫截面積.0.0016m2平均當量直徑.11.6mm板片材料.H62-13換熱器主要技術參數(shù)和計算結果根據(jù)生產(chǎn)任務和設計要求計算，所選的鋸齒形板式換熱器的主要技術參數(shù)和計算結果見表5-1表5-1 鋸齒形板式換熱器技術參數(shù)和計算結果換熱器類型：鋸齒形板式換熱器換熱面積(m2)：9.46裕度：16

23、%技術參數(shù)：物料名稱熱水側冷水側操作壓強,MPa0.130.41操作溫度, 85/5540/32流量,kg/h4332.49936流體密度, kg/m3977.8993.6流速,m/s0.1430.530總傳熱量,kW79.26總傳熱系數(shù),W/m2·1305.2對流傳熱系數(shù), W/m2·3939.68306.8污垢系數(shù),m2·K/W0.0.推薦使用材料不銹鋼(1Cr18Ni9Ti )換熱器規(guī)格BJ0.2×(6/100)/8.8-(2×12/1×22)外形尺寸,長×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平均當量直徑, mm10設計評述本次化工原理課程設計是對鋸齒形板式換熱器的設計，由劉艷老師指導。經(jīng)歷一周，通過到圖書館查閱有關文獻資料、上網(wǎng)搜索資料、和向老師請教以及反復的計算核實，本板式換熱器的設計可以說基本完成了?；叵脒@一周，感受頗深：開始接到這個任務，對換熱器設計沒有概念。老師要求一個星期之內設計板式換熱器來冷卻水，對我來說實在是一項艱巨的任務，但是經(jīng)過不斷的努力，還是