课程设计-板式换热器(含cad)

1浦高材0804-----“板式换热器设计组1”任务书（一）设计题目板式换热器-油处理能力9000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：冷却塔循环水，入口温度20℃。（3）油侧与水侧允许压强降：不大于105Pa（4）油定性温度下的物性参数：名称（kg/m3）Cp(kj/㎏.℃)（Pa.s）(W/m.℃)油8501.83.2×10-40.122目录设计一览表................................................................................1设计方案简介............................................................................3工艺及主体设备设计计算说明书............................................4课程设计评述............................................................................7参考文献....................................................................................8课程设计计算............................................................................9工艺流程简图............................................................................主体设备图................................................................................3设计方案简介1.板式换热器简介本成套设备由板式换热器、平衡槽、离心式卫生泵、热水装置（包括蒸汽管路、热水喷入器）、支架以及仪表箱等组成。用于牛奶或其它热敏感性液体之杀菌冷却。欲处理的物料先进入平衡槽，经离心式卫生泵送入换热器、经过预热、杀菌、保温、冷却各段，凡未达到杀菌温度的物料，由仪表控制气动回流阀换向、再回到平衡槽重新处理。物料杀菌温度由仪表控制箱进行自动控制和连续记录，以便对杀菌过程进行监视和检查。此设备适用于对牛奶预杀菌、巴式杀菌。板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。1.1板式换热器的基本结构板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹紧而成。41.2板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器比较）优点1.传热系数高由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5倍。2.对数平均温差大，末端温差小在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃.3.占地面积小板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。4.容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。5.重量轻板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。6.价格低采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。7.制作方便板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。58.容易清洗框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。9.热损失小板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。缺点1.容量较小是管壳式换热器的10%~20%。2.单位长度的压力损失大由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。3.不易结垢由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.4.工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。5.易堵塞由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。1.3板式换热器的应用场合1.制冷：用作冷凝器和蒸发器。2.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3.化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。4.冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。5.机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。6．电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。7.造纸工:业漂白工艺热回收，加热洗浆液等。8．纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。9.食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。10.油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。11.集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。12.其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。1.4板式换热器选型时应注意的问题1.4.1板型选择板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况，确定选择可拆卸式，还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，传热系数过低，对较大的换热器更应注意这个问题。61.4.2流程和流道的选择流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而流道指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下，将若干个流道按并联或串联的费那个是连接起来，以形成冷、热介质通道的不同组合。流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近，从而得到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等，但在换热和流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上，拆装方便。1.4.3压降校核在板式换热器的设计选型使，一般对压降有一定的要求，所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降，需重新进行设计选型计算，直到满足工艺要求为止。7设计评述经过两个星期的奋斗，终于将这份课程设计完成了，在完成的过程中也发生了很多事，但是现在完成了，之前的努力在这一刻感觉十分的开心。在刚开始的时候，手足无措的在图书馆里到处找书，在网上四处寻找相关的资料，现在想来真的很狼狈。但是随着一点点的了解、深入，渐渐的有了头绪，又找到了一个化工的论坛，在论坛里也找到了许多有用的资料，更重要的是里面有许多已经热心的前辈帮忙解疑答惑，十分的关键。之后在和同学之间互相交流之下，开始试着制作，一开始出了很多的错误，选择板型、组装形式等等的时候也试了很多次才完成。在这次化工设计的过程中，了解了很多化工方面的知识、书籍、材料，也认识了很多志同道合的朋友。同时，也感受到了自己的专业的乐趣，让我更主动的去想要学习后面的课程。8参考文献：1.贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社.2002.2.匡国柱等.化工单元过程及设备课程设计(面向21世纪课程教材).北京：化学工业出版社.2002.3.王国胜主编．化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社.2005.4.王志魁．化工原理（第三版）．北京:化学工业出版社，2005.5.赵汝博,管国锋．化工原理．北京:化学工业出版社，20036.涂伟萍等编.化工过程及设备设计[M],北京：化学工业出版社,2000.7.潘国昌.化工设备设计.北京：清华大学出版社.2001.8.王莲琴编．物性数据的计算与图表.北京：化学工业出版社.1992.9.兰州石油机械研究所编.现代塔器技术.北京:中国石化出版社.2005.10.童景山编.流态化干燥工艺与设备.北京:科学出版社.1989.9板式换热器设计1、热力学计算2.初估换热面积及初选板型初估K为1000W/(m2·ºC)初估板式换热器面积25425.4100051.301035.1mS初选BR0.1型板式换热器，其单通道横截面积为8.4×10-4㎡，实际单板换热面积为0.1152㎡。试选组装形式为5.2-261132。2×13为油的流程，程数为了2，每程通道数位13；1×26为水的流程，程数为1，通道数为26，换热面积为5.2㎡。16.51221ttTTR1162.01112tTttP查表10得Φt=0.98∆tm=Φt·∆t'm=29.90ºC初估板式换热器面积25515.4100090.291035.1mS3、核算总传热系数K（1）计算油的对流传热α1油的流速smu/2693.0104.8850133600900041板间距δ=4㎜当量直径mmDe825721油油油uDee4812.0102.3108.1cPr33油油油油p14.043.07.011)(Pr18.0weDe因油被冷却，取95.0)(14.0w115495.0)48()572(008.012.018.043.07.01（2）计算水的对流传热系数α2smu/25514.0104.899726360020000421126.22362水水水uDee28.6cPr水水水水p14.043.07.022)(Pr18.0weDe因水被加热05.1)(14.0w4.697805.1)28.6()26.2236(008.0606.018.043.07.02（3）计算传热金属板的热阻wb板片材料为1Cr18Ni9Ti,其导热系数)/(8.162CmWw，板片厚度b为0.8mm，则WCmbw/0000476.08.16108.023（4）查污垢热阻R油侧污垢热阻WCmR/000052.021水侧污垢热阻WCmR/000043.022(5)计算总传热系数K)/(7.8671015245.1111232121CmWKbRRKw4、计算传热面积所需传热面积2203.5mtKQSm实际加热面积28752.51152.0)1(mNS安全系数%9.12%100203.5203.58752.5符合要求5、计算压强降12油侧压强降smu/2693.01pap511091.061