化工原理课程设计

化工原理课程计说明书

学院：化学工程与工艺

设计题目： 220000T/a热水冷却器的设计--板式换热器

组员罗泽为 201220100109

姚依琳 201220100120

欧阳金秀 201220100210

刘子新 201220100217

王重坤 201220100308

指导老师：邹丽霞

2015年5月

设计任务书

一、设计题目

热水冷却器的设计

二、设计参数

（1）处理能力 2.2×105t/a热水。

（2）设计形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50℃。

②冷却介质：循环水，入口温度30℃,出口温度40℃。

③允许压降：不大于105pa。

④每年按330天计，每天24小时连续运行。

⑤建厂地址：湖南地区。

三、设计内容及要求

（1）计算热负荷

（2）计算平均温度差

（3）初估换热面积及初选板型

（4）核算总传热系数K

（5）计算传热面积S

（6）压降计算

（7）板式换热器滚个选型

（8）附属设备的选型

（9）主体设备工艺条件图（手绘A3）。

目录

1概述 (4)

1.1板式换热器的简介 (4)

1.2设计方案简介 (6)

1.3确定设计方案 (8)

1.3.1工艺流程 (8)

1.3.2换热器选型 (8)

1.4符号说明 (8)

2主要设备工艺计算 (9)

2.1计算定性温度 (9)

2.2计算热负荷 (9)

2.3计算平均温差 (9)

2.4初估换热面积S及板型 (9)

2.5核算总传热系数K (10)

2.5.1计算热水侧的对流给热系数 (10)

2.5.2计算冷水侧的对流给热系数 (11)

2.5.3金属板热阻 (11)

2.5.4污垢热阻 (12)

2.5.5总传热系数 (12)

2.6估算传热面积S (12)

2.7计算压力降ΔP (12)

3换热器主要技术参数和计算和结果 (13)

设计评述 (15)

参考文献 (16)

1 概述

换热器（英语翻译：heatexchange），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。

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。它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。

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。

图一板式换热器的基本结构

1.板式换热器是以波纹为传热面的新型、高效换热器，它具有如下特点：

a、高效节能：板式换热器的传热系数高，比相同平方的列管式换热器提高30%~50%。

b、结构紧凑：板式换热器体积小，占地面积小，散热损失小，重量轻，每立方米体积内约布置250平方米左右的传热面积，占地面积仅为列管式换热器的1/4-1/8。

c、拆装清洗方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板和板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗。有时甚至可以不必完全拆开仅把压紧螺栓松开就可抽出板片清洗，更换胶垫，以至更换板片，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。

d、使用寿命长：板式换热器的板片采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质。

e、适用性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样：可适用于各种不同工艺的要求。

f、不串液：板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄漏，介质总是向外排出。

g、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。

h、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。

I、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。

2.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。

（1）结构原理

可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个

角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。

（2）板式换热器的设计特点

1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m²•℃•h，比管壳式换热器的热效率高3～5倍。

2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。

3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。

4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。

5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。

6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。

1.2设计方案简介

图２分别显示了平直形翅片和锯齿形翅片换热器中距冷流体入口７mm处截面的速度场分布。将流体速度达到入口处速度的99％处定义为边界层与主流区的分界处，本次计算中，冷热流体的入口速度分别为6.5M／S和1.64M／S。可以清楚地看到流体在锯齿形翅片中的速度边界层比在平直形翅片中的速度边界层薄，说明了与平直形翅片相比，锯齿形翅片对增加流体扰动、破坏边界层具有明显的作用。