板式换热器课程设计

南京工业大学

《材料工程原理B》课程设计

设计题目：板式换热器设计2－油处理能力20000公斤油/小时专业：高分子材料班级：

学号：姓名：

日期：2013、1、4----2013、1、14

指导教师：张老师

设计成绩：日期：

高材1001班----“板式换热器设计组2”任务书

（一）设计题目

板式换热器设计－油处理能力20000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：工业硬水，入口温度20℃，

（3）水的流量为20000kg/h

（4）油侧与水侧允许压强降：不大于105 Pa

（5）油定性温度下的物性参数：

目录

一、设计方案简介 (4)

1.1板式换热器简介 (4)

1.2板式换热器的应用 (5)

1.3 板式换热器的组装形式 (5)

1.4 板式换热器的各种选择 (6)

（1）类型的选择 (6)

（2）板型的选择 (6)

（3）单片面积的选择 (6)

（4）流速的选择 (7)

（5）流程的选择 (7)

（6）流向的选择 (7)

（7）流道数的选择 (8)

二、工艺流程简图 (8)

三、工艺计算和主题设备设计 (9)

3.1确定物性数据 (9)

1 热负荷 (9)

2 平均温差 (9)

3 定性温度下物性数据 (10)

4初估换热面积及初选板型 (10)

5核算总传热系数 (12)

6传热面积 (12)

7压差计算 (12)

四、设计结果一览表 (13)

五、附图 (15)

六、辅助设备的选择 (16)

七、参考文献 (17)

七、课程设计感言 (18)

一、设计方案简介

选择设计方案的原则是保证达到工艺要求的热流量，操作上要安全可靠，结构上要简单，可维护性好，要能节省操作费用和设备投资，设计方案主要包括：

1.1 板式换热器简介

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分

之一，热回收率可高达90%以

上。

如左图，在固定压紧板上，

交替的安放一张板片和一个垫

圈，然后安放活动压紧板，旋

紧压紧螺栓即构成一台板式换

热器。各传热板片按一定的顺

序相叠即形成板片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过传热板片进行热交换。

1.2 板式换热器应用

a. 制冷：用作冷凝器和蒸发器。

b. 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。

c. 化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。

d. 冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。

e. 机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。

f. 电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。

g. 造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。

h. 纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。

i. 食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。

j. 油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。

k. 集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。

l. 其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。

1.3 组装形式

板式换热器是根据实际操作的需要设计和选取的，而流程的选取和设计是根据板式换热器的传热方程进行计算的，组装形式有三种：1）串联流程流体在

一程内流经每一垂直流道

后，接着就改变方向，流经

下一程。在这种流程中，两

流体的主体流向是逆流，但

相邻流道中有并流也有逆

流。

2）并流流程流体分别流入平行的流道，然后汇聚成一股流出，为单程。

3）混流流程为并流流程和串联流程的组合，在同一流程内是并联，的，而程与程之间为串联。

1.4板式换热器各种选择

（1）类型的选择

板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作出选择。

（1）温度在200℃以上，压力大于2MPa，可以选择钎焊式换热器，若总面积较大，则还可以选择全焊式换热器；

（2）温度大于300℃，压力大于3.5MPa，应选择板壳式换热器；

对于末端温差小的工况，可选用浅槽波纹；对于拆卸比较频繁的，可选用拆式换热器；

（3）对于流量相差较大的，可选用非对称性换热器。

（2）板型选择

主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求：

若承压要求在1.2MPa以上，大多数情况下选择人字形波纹；

若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直波纹；

若介质中杂质较多，可选用球形波纹；

对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片。（3）单片面积的选择

选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。

板片过多会使设备占地面积太大；过少可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还与角孔大小有关，直接影响流量和流速的变化。

（4）流速的选取

流体在板间的流速影响换热性能和流体的压力降，流速高换热系数高，但流体的压力降也增大，反之则情况相反。板间平均流速０．２～０．８ｍ／ｓ。流速低于０．２ｍ／ｓ时流体就达不到湍流状态且会形成较大死角区，流速过高则会导致阻力将组增。

（5）流程的选取

对于一般对成型流到的半式换热器，两流体的体积流量大致向当时，应尽可能按等程分布，如两侧流体相差悬殊，则流量小的一侧可按多程布置。多程换热器除非特别需要，一般对同一流体在个程中应采用下相同的流道数（6）流向的选择

换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差；当两侧不等程时，逆流和顺流会交替出现。

（7）流道数的选择

流道数的确定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许压降的制约。当板间流速一定时，流道数的多少取决于流量的大小