热水冷却器课程设计

南京工业大学

《材料工程原理B》课程设计

设计题目：热水冷却器的设计

专业：

班级：高材

学号：姓名：

日期：

指导教师：

设计成绩：日期：

设计任务书

（一）设计题目

热水冷却器的设计

（二）设计任务及操作条件

1.处理能力4

0.5 t/a热水

10

2.设备型式锯齿形板式换热器

3.操作条件

（1）热水：入口温度80℃，出口温度60℃

（2）冷却介质：循环水，入口温度32℃，出口温度 40℃（3）允许压强降：不大于5×105Pa

（4）每年按330天计，每天24小时连续运行

4.建厂地址天津地区

（三）设计要求

选择适宜的锯齿形式板式换热器并进行核算。

目录

1 概述

1.1 板式换热器的基本结构 (4)

1.2板式换热器的优缺点 (6)

1.3板式换热器与管式换热器的比较 (7)

1.4板式换热器的实际应用 (8)

2 设计方案简介

2.1板式换热器的选型 (9)

2.2板式换热器的优化设计方向 (10)

2.3 工艺流程简图 (13)

3 热水冷却器的设计工艺计算

3.1符号说明 (14)

3.2定性温度下的物性数据 (14)

3.3计算热负荷 . (15)

3.4计算平均温度差 (15)

3.5初估换热面积及初选板型 (15)

3.6核算总传热系数K (16)

3.7估算传热面积 (18)

3.8计算压力降 (18)

4 辅助设备的选择与计算

4.1泵的选择 (19)

5 设计结果概要 (21)

附录

工艺流程图 (23)

主体设备图 (24)

参考资料 (25)

设计小结 (26)

1 概述

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。

1.1 板式换热器的基本结构

1.1.1整体结构

1.1.2 组装型式

板式换热器的流程是根据实际操作的需要设计和选用的，而流程的选用和设计是根据板式换热器的传热方程和流体阻力进行计算的。图为三种典型的组装型式。

串联流程

并联流程

混合流程

板式换热器组装型式的表示方法为： 2

2112211b n b n a m a m ++ 式中：1m ，2m ，1n ，2n 表示程数；1a ，2a ，1b ，2b 表示每程流道数；原则上规定分子上为热流体流程，分母上为冷流体流程。

1.1.3 传热板片

传热板片是板式换热器的关键元素，板片的性能直接影响整个设备的技术经济性能。为了增加有效的传热面积，将板片冲压成有规则的波纹，板片的波纹形状及结构尺寸的设计主要考虑以下两个因素：一是提高板的刚性，能耐较高的压力：二是使介质在低流速下发生强烈湍流，从而强化传热过程。

板片按波纹几何形状区分有：水平平直波纹、人字形波纹、斜波纹、锯齿形波纹、球形波纹、竖直波纹等波纹板片。

1.1.4 密封垫片

板式换热器是通过压板压紧垫片，达到密封。垫片材料广泛采用天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁酯橡胶、硅橡胶和氟橡胶等。橡胶垫片具有不耐有机溶剂腐蚀的特点。

1.2 板式换热器的优缺点

1.2.1板式换热器优点

(1)换热效率高,热损失小

在最好的工况条件下, 换热系数可以达到K

/

6000, 在一般的工况条

W⋅2

m

件下, 换热系数也可以在3000～4000 K

/左右,是管壳式换热器的3～5倍。

W⋅2

m

设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。完成同一项换热过程, 板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/ 3～1/ 4。

(2)占地面积小重量轻

除设备本身体积外, 不需要预留额外的检修和安装空间。换热所用板片的厚度仅为0. 6～0. 8mm。同样的换热效果, 板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。

(3)污垢系数低

流体在板片间剧烈翻腾形成湍流, 优秀的板片设计避免了死区的存在, 使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。

(4)检修、清洗方便

换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时, 仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。

(5)产品适用面广

设备最高耐温可达180℃, 耐压2.0MPa , 特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面, 在低品位热能回收方面, 具有明显的经济效益。各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。

1.1.2板式换热器的缺点

（1）允许操作压力较低，最高不超过1961kPa，否则容易渗漏。

（2）操作温度不能太高，因为垫片耐热性能的限制，如对合成橡胶垫圈不高于

130℃，对压缩石棉垫圈也应低于250℃。

（3）处理量不大，因板间距小，流道截面较小，流速亦不能过大。板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150℃，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。

1.3板式换热器与管壳式换热器的比较

（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1/5～1/10。

（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