課程設(shè)計_板式換熱器

1、一、 設(shè)計方案簡介31. 板式換熱器簡介31.1. 板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)31.2. 板式換熱器的特點31.2.1. 優(yōu)點31.2.2. 缺點41.3. 板式換熱器的應(yīng)用場合51.4. 板式換熱器選型時應(yīng)注意的問題51.4.1. 板型選擇51.4.2. 流程和流道的選擇51.4.3. 壓降校核6二、 板式換熱器設(shè)計62. 熱力學(xué)計算62.1. 核算總傳熱系數(shù)K82.1.1. 方案一：4.1-82.1.2. 方案二：4.1-102.1.3. 方案三：4.1-122.1.4. 計算傳熱面積142.1.5. 計算壓強(qiáng)降15三、 輔助設(shè)備選型163. 輔助設(shè)備計算163.1. 水泵及水管的選型163.2

2、. 油泵及油管的選型16四、 設(shè)計結(jié)果總匯17五、 設(shè)計評述19六、 參考文獻(xiàn)19七、 附圖20第 18 頁1、 設(shè)計方案簡介1. 板式換熱器簡介本成套設(shè)備由板式換熱器、平衡槽、離心式衛(wèi)生泵、熱水裝置（包括蒸汽管路、熱水噴入器）、支架以及儀表箱等組成。用于牛奶或其它熱敏感性液體之殺菌冷卻。欲處理的物料先進(jìn)入平衡槽，經(jīng)離心式衛(wèi)生泵送入換熱器、經(jīng)過預(yù)熱、殺菌、保溫、冷卻各段，凡未達(dá)到殺菌溫度的物料，由儀表控制氣動回流閥換向、再回到平衡槽重新處理。物料殺菌溫度由儀表控制箱進(jìn)行自動控制和連續(xù)記錄，以便對殺菌過程進(jìn)行監(jiān)視和檢查。此設(shè)備適用于對牛奶預(yù)殺菌、巴式殺菌。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）

3、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。1.1. 板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)板式換熱器主要由框架和板片兩大部分組成。板片由各種材料的制成的薄板用各種不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋，并在板片的四個角上開有角孔，用于介質(zhì)的流道。板片的周邊及角孔處用橡膠墊片加以密封。框架由固定壓緊板、活動壓緊板、上下導(dǎo)桿和夾緊螺栓等構(gòu)成。板式換熱器是將板片以疊加的形式裝在固定壓緊板、活動壓緊板中間，然后用夾緊螺栓夾緊而成。1.2. 板式換熱器的特點（板式換熱器與管殼式換熱器比較）1.2.1. 優(yōu)點1 傳熱系數(shù)高 由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維

4、流動，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=50200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認(rèn)為是管殼式的35倍。2 對數(shù)平均溫差大，末端溫差小 在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動，總體上是錯流流動，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于1，而管殼式換熱器一般為5.3 占地面積小 板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的25倍，也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場所，因此實現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1

5、/51/8。4 容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板，即可達(dá)到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。5 重量輕 板式換熱器的板片厚度僅為0.40.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.02.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。6 價格低 采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價格比管殼式約低40%60%。7 制作方便 板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標(biāo)準(zhǔn)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。8 容易清洗 框

6、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(jìn)行機(jī)械清洗，這對需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過程十分方便。9 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。1.2.2. 缺點1. 容量較小,是管殼式換熱器的10%20%。2. 單位長度的壓力損失大,由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。3. 不易結(jié)垢,由于內(nèi)部充分湍動，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/31/10.4. 工作壓力不宜過大，介質(zhì)溫度不宜過高，有可能泄露 板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超

7、過2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250以下，否則有可能泄露。5. 易堵塞,由于板片間通道很窄，一般只有25mm，當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆?；蚶w維物質(zhì)時，容易堵塞板間通道。1.3. 板式換熱器的應(yīng)用場合1. 制冷：用作冷凝器和蒸發(fā)器。2. 暖通空調(diào)：配合鍋爐使用的中間換熱器、高層建筑中間換熱器等3. 化學(xué)工業(yè)：純堿工業(yè)，合成氨，酒精發(fā)酵，樹脂合成冷卻等。 4. 冶金工業(yè)：鋁酸鹽母液加熱或冷卻，煉鋼工藝?yán)鋮s等。 5. 機(jī)械工業(yè)：各種淬火液冷卻，減速器潤滑油冷卻等。 6. 電力工業(yè)：高壓變壓器油冷卻，發(fā)電機(jī)軸承油冷卻等。 7. 造紙工:業(yè)漂白工藝熱回收，加熱洗漿液等。 8. 紡織工業(yè)：粘膠絲堿水溶液冷卻

8、，沸騰硝化纖維冷卻等。 9. 食品工業(yè)：果汁滅菌冷卻，動植物油加熱冷卻等。 10. 油脂工藝：皂基常壓干燥，加熱或冷卻各種工藝用液。 11. 集中供熱：熱電廠廢熱區(qū)域供暖，加熱洗澡用水。 12. 其他：石油、醫(yī)藥、船舶、海水淡化、地?zé)崂谩?1.4. 板式換熱器選型時應(yīng)注意的問題1.4.1. 板型選擇 板片型式或波紋式應(yīng)根據(jù)換熱場合的實際需要而定。對流量大允許壓降小的情況，應(yīng)選用阻力小的板型，反之選用阻力大的板型。根據(jù)流體壓力和溫度的情況，確定選擇可拆卸式，還是釬焊式。確定板型時不宜選擇單板面積太小的板片，以免板片數(shù)量過多，板間流速偏小，傳熱系數(shù)過低，對較大的換熱器更應(yīng)注意這個問題。 1.4.

9、2. 流程和流道的選擇 流程指板式換熱器內(nèi)一種介質(zhì)同一流動方向的一組并聯(lián)流道，而流道指板式換熱器內(nèi)，相鄰兩板片組成的介質(zhì)流動通道。一般情況下，將若干個流道按并聯(lián)或串聯(lián)的費那個是連接起來，以形成冷、熱介質(zhì)通道的不同組合。 流程組合形式應(yīng)根據(jù)換熱和流體阻力計算，在滿足工藝條件要求下確定。盡量使冷、熱水流道內(nèi)的對流換熱系數(shù)相等或接近，從而得到最佳的傳熱效果。因為在傳熱表面兩側(cè)對流換熱系數(shù)相等或接近時傳熱系數(shù)獲得較大值。雖然板式換熱器各板間流速不等，但在換熱和流體阻力計算時，仍以平均流速進(jìn)行計算。由于“U”形單流程的接管都固定在壓緊板上，拆裝方便。 1.4.3. 壓降校核 在板式換熱器的設(shè)計選型使，一

10、般對壓降有一定的要求，所以應(yīng)對其進(jìn)行校核。如果校核壓降超過允許壓降，需重新進(jìn)行設(shè)計選型計算，直到滿足工藝要求為止。2、 板式換熱器設(shè)計2. 熱力學(xué)計算熱力學(xué)計算計算項目符號單位計算公式數(shù)值冷卻水的初溫t1已知20冷卻水的終溫t225.17被冷卻油的初溫T1已知70被冷卻油的終溫T2已知20冷卻水密度2Kg/m3查表998冷卻水比熱容c2KJ/（kg*）查表4.18冷卻水導(dǎo)熱系數(shù)2W/（m*）查表0.606冷卻水的動力學(xué)粘度2Pa*s查表9.359×10-4冷卻水流量W2Kg/h已知20000熱負(fù)荷QW1.2×105被冷卻油流量W1Kg/h已知8000被冷卻油密度1Kg/m3

11、已知850被冷卻油粘度1Pa*s已知3.2×10-3被冷卻油比熱容c1KJ/（kg*）已知1.8被冷卻油導(dǎo)熱系數(shù)1W/（m*）已知0.12逆流平均溫度差tm30.76水的定性溫度tm22.59初估換熱面積及初選板型初估K為1000W/(m2·ºC)初估板式換熱器面積。，、，1 初選BR0.1型板式換熱器，其單通道橫截面積為8.4×10-4，實際單板換熱面積為0.1152。試選組裝形式為4.1-。2×9為油的流程，程數(shù)為2，每程通道數(shù)位9；1×18為水的流程，程數(shù)為1，通道數(shù)為18，換熱面積為4.1。查表得t=0.99tm=t·

12、;t'm=30.45初估板式換熱器面積2 初選BR0.1型板式換熱器，其單通道橫截面積為8.4×10-4，實際單板換熱面積為0.1152。試選組裝形式為4.1-。3×6為油的流程，程數(shù)為3，每程通道數(shù)位6；1×18為水的流程，程數(shù)為1，通道數(shù)為18，換熱面積為4.1。3 初選BR0.3型板式換熱器，其單通道橫截面積為8.4×10-4，實際單板換熱面積為0.1152。試選組裝形式為4.1-。3×6為油的流程，程數(shù)為3，每程通道數(shù)位6；2×9為水的流程，程數(shù)為2，通道數(shù)為9，換熱面積為4.1。2.1. 核算總傳熱系數(shù)K2.1.1.

13、 方案一：4.1-2.1.1.1. 計算油的對流傳熱1油的流速因油被冷卻，取2.1.1.2. 計算水的對流傳熱系數(shù)2因水被加熱2.1.1.3. 計算傳熱金屬板的熱阻板片材料為1Cr18Ni9Ti,其導(dǎo)熱系數(shù)，板片厚度b為0.8mm，則2.1.1.4. 查污垢熱阻R油側(cè)污垢熱阻 水側(cè)污垢熱阻 2.1.1.5. 計算總傳熱系數(shù)K2.1.2. 方案二：4.1-2.1.2.1. 計算油的對流傳熱1油的流速因油被冷卻，取2.1.2.2. 計算水的對流傳熱系數(shù)2因水被加熱2.1.2.3. 計算傳熱金屬板的熱阻板片材料為1Cr18Ni9Ti,其導(dǎo)熱系數(shù)，板片厚度b為0.8mm，則2.1.2.4. 查污垢熱阻

14、R油側(cè)污垢熱阻 水側(cè)污垢熱阻 2.1.2.5. 計算總傳熱系數(shù)K2.1.3. 方案三：4.1-2.1.3.1. 計算油的對流傳熱1油的流速因油被冷卻，取2.1.3.2. 計算水的對流傳熱系數(shù)2因水被加熱2.1.3.3. 計算傳熱金屬板的熱阻板片材料為1Cr18Ni9Ti,其導(dǎo)熱系數(shù)，板片厚度b為0.8mm，則2.1.3.4. 查污垢熱阻R油側(cè)污垢熱阻 水側(cè)污垢熱阻 2.1.3.5. 計算總傳熱系數(shù)K2.1.4. 計算傳熱面積方案一：所需傳熱面積實際加熱面積安全系數(shù)不符合要求方案二：所需傳熱面積實際加熱面積安全系數(shù)符合要求方案三：所需傳熱面積實際加熱面積安全系數(shù)不符合要求故選擇方案二4.1-的設(shè)

15、計2.1.5. 計算壓強(qiáng)降油側(cè)壓強(qiáng)降水側(cè)壓強(qiáng)降均小于105pa，滿足要求。3、 輔助設(shè)備選型3. 輔助設(shè)備計算3.1. 水泵及水管的選型水的質(zhì)量流量，體積流量，取d=139mm,選取水管。管路總長20m，其中換熱器截面高出蓄水池水平面15m，吸入管路長5m。管內(nèi)流速u=0.3682m/s,，選擇新的無縫鋼管，取其絕對粗糙度相對粗糙度，據(jù)得：截止閥全開時的阻力系數(shù)，兩個90°彎頭的阻力系數(shù)則管路的壓頭損失為則揚程根據(jù)體積流量，揚程（水柱），可從離心泵規(guī)格表中選用型號為IS65-50-125的離心泵。3.2. 油泵及油管的選型油的質(zhì)量流量:2.2kg/s ,體積流量，取油管管徑d=80，

16、選取無縫鋼管管路總長10m,換熱器平面高出油泵平面10m。油管內(nèi)流u=0.5187m/s,選擇新的無縫鋼管，取其絕對粗糙度相對粗糙度，據(jù)截止閥全開時的阻力系數(shù)，兩個90°彎頭的阻力系數(shù)則管路的壓頭損失為則揚程根據(jù)體積流量，揚程（水柱），可從離心泵規(guī)格表中選用型號為IS65-40-200的離心泵。4、 設(shè)計結(jié)果總匯外形尺寸（長×寬×厚）mm625×235×0.8有效傳熱面積0.1152波紋形式人字形波紋波紋高度mm4流道寬度mm210平均板間距mm4平均流道橫截面積0.00084平均當(dāng)量直徑mm8數(shù)據(jù)統(tǒng)計tm30.45油的流速0.5187m/s1

17、102.2481826.4水的流速0.3682m/s31416.288849.40.0000476油側(cè)污垢熱阻 R10.000052水側(cè)污垢熱阻R30.000043K1245.1所需傳熱面積S3.165實際加熱面積S4.032安全系數(shù)27.4%油側(cè)壓強(qiáng)降水側(cè)壓強(qiáng)降5、 設(shè)計評述經(jīng)過兩個星期的奮斗，終于將這份課程設(shè)計完成了，在完成的過程中也發(fā)生了很多事，但是現(xiàn)在完成了，之前的努力在這一刻感覺十分的開心。在剛開始的時候，手足無措的在圖書館里到處找書，在網(wǎng)上四處尋找相關(guān)的資料，現(xiàn)在想來真的很狼狽。但是隨著一點點的了解、深入，漸漸的有了頭緒，又找到了一個化工的論壇，在論壇里也找到了許多有用的資料，更重要的是里面有許多已經(jīng)熱心的前輩幫忙解疑答惑，十分的關(guān)鍵。之后在和同學(xué)之間互相交流之下，開始試著制作，一開始出了很多的錯誤，選擇板型、組裝形式等等的時候也試了很多次才完成。在這次化工設(shè)計的過程中，了解了很多化工方面的知識、書籍、材料，也認(rèn)識了很多志同道合的朋友。同時，也感受到了自己的專業(yè)的樂趣，讓我更主動的去想要學(xué)習(xí)后面的課程。6、 參考文獻(xiàn)1 天津大學(xué)化工原理教研室編化工原理上、下冊(第二版) M,天津:天津科技出版社,19962 柴誠敬等.化工原理課程設(shè)計M,.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2000 3 偉萍等編.化工過程及設(shè)備設(shè)計M, 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000.4 潘國昌,化