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1、 南 京 工 业 大 学 材料工程原理B课程设计 设计题目： 专 业： 班 级： 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 t/a热水 （2）设备型式 锯齿形板式换热器 （3）操作条件 a热水：入口温度,出口温度 b冷却介质：循环水，入口温度,出口温度 c冷却压降：不大于 d每年按330天计，每天24小时连续运行 (4) 建厂地区：天津地区 （三）设计要求 选择适宜的锯齿形板式换热器进行核算 目 录第一章 ：设计方案简介 1.1概述. 3 1.1.1 换热器.3 1.1.2 三种
2、换热器的比较. 3 1.1.3 板式换热器. 5 1.2方案设计和拟定.9 1.3确定设计方案.12第二章 ： 工艺流程简图 2.1锯齿形板式换热器的组装形式12 2.2工艺流程.14第三章 ：工艺计算和整体设备计算 3.1符号说明. 14 3.2 计算定性温度. 15 3.3计算热负荷. 16 3.4计算平均温差16 3.5初估板式换热面积S和板型 16 3.6核算总传热系数K. 18 3.6.1计算热水测的对流给热系数 18 3.6.2计算冷水测的对流给热系数 18 3.6.3金属板热阻. 19 3.6.4污垢热阻. 19 3.6.5总传热系数. 20 3.6.6估算总传热系数S.20 3
3、.7计算压力降p. 21第四章 ：设计结果概要和设计一览表23第五章 ：附图 5.1: 工艺流程图.25 5.2：主体设备工艺图. 26第六章 ：设计小结.27 参考文献. 28 锯齿形板式换热器说明书第一章：设计方案简介1.1概述1.1.1换热器 换热器（英语翻译：heat exchanger），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
4、式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。1.1.2三种常用换热器的比较传热性能：板式换热器有较高的传热系数,一般可达12 56020 934 K J / m21h 一般情况下,板式换热器总传热系数比管壳式换热器大 35 倍以上;在相同换热面积时板式换热器流通面积比管壳式换热器大5 倍,压降小;最小传热温差: 列管式换热器为 35 , 板式换热器为 13 板壳式换热器中的流体流动形式与板式换热器相似,在波纹状通道中流动的流体受到强烈扰动,临界雷诺数只有2050,在很低的流速下就能达到湍流状态,并且可实现纯逆流换热,所以具有很高的传热效率及热回收率 。占地面积及重量 ：板式换热器结构紧凑
5、 ,单位体积内的换热面积为管壳式换热器的 25 倍 ,而且不用象管壳式换热器那样要预留出管束的检修场地。紧凑度:管壳式换热器为 78 m2/ m3,板式换热器为220 m2/ m3。因此实现同样的换热任务时 ,板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/51/10。板式换热器的板片厚度为 016018 m m ,管壳式换热器的换热管厚度为 210215 m m ; 管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重得多。在完成同样换热任务的情况下 ,板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器的小,即板式换热器的重量轻 ,大约为管壳式换热器的1/5 左右。对于由多个板片组成的板壳式换热器,可在壳体内设置隔板或筋板
6、,使换热器形成蜂窝状结构 ,因而壳体钢板无需很厚,板壳式换热器平均重量和体积只有管壳式换热器的 25 %40 %。 许用压力和温度 管壳式换热器可以用于较高的压力和温度。由于管板与壳体是刚性连接 ,因此在较高温度时考虑增加缓解壳体和管束变形不协调的膨胀节。板式换热器是靠垫片密封的,因此板式换热器的许用压力和温度取决于弹性垫片。传统可拆板式换热器最高许用压力为 215 MP a ,温度为250 以下。板壳式换热器由于板片是通过焊接连接的 ,取代了板式换热器中的弹性垫片 ,大大提高了换热器所承受的压力和温度 ,而且密封性能良好 。 污垢系数 板式换热器由于板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积和不锈钢制
7、造的板面光滑，易清洗 ,所以板式换热器的污垢系数比管壳式换热器的污垢系数小得多。板壳式换热器由于换热过程处于强烈的湍流状态 ,高剪切力抑制了板画上污垢的形成 ,流体在波纹形通道内的停留时间均匀 ,所以其结垢倾向远低于管壳式换热器 。 制造成本 板式换热器主要用金属板材 ,因而原材料的价格比同样金属的管材要低廉，制造过程主要是冲压成型 ,机加工较少。板壳式换热器虽然采用耐腐蚀优质不锈钢材料制造，但其制造成本却与碳钢管壳式换热器相当。其原因在于:板材的轧制过程比无缝管的挤制过程简单 ,能量消耗低,材料成本也低。由于板片较薄,按面积算16m m厚不锈钢板与4 m m厚碳钢卷板的材料价格几乎相当,而低
8、于 3 m m 厚的钢管。板壳式换热器的传热效率高于管壳式换热器,完成相同任务换热器的传热面积可减少。 板壳式换热器的模具简单,费用低,只需2-3副模具就可用于常用的规格,初期设备投资少,生产效率高 热损失 板式换热器由于仅仅是板片周围暴露在大气中,热损失仅占总传热量的1%左右,不需要采用保温层。板壳式换热器虽然波纹板通道内的局部阻力比光滑表面要大,但由于板片数目多,并列的通道数目较多,再加上通道长度较短,所以其阻力损失较小。 应用 当介质中无悬浮粒子时,无论从传热系数还是从总费用看,板式换热器都为最佳选择。但是当介质中含有悬浮粒子时,板式换热器易堵塞 ,传统上用管壳式换热器 ,其管程流动较理
9、想 ,但壳程流动的湍流程度太低 ,导致总传热系数低,投资高。和管壳式换热器一样 ,板壳式换热器较易清洗,但其传热效率却高得多,因为二侧的传热系数都较高 ,它的流程可任意选定 ,其费用比板式换热器高 ,但比列管式换热器便宜。总的来看 ,其质价比最高1.1.3 板式换热器 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，包括传热半片，密封垫片，压紧板，上下导杆，支柱，夹紧螺栓等主要零件。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。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
10、字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种2.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
11、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，
12、需要隔热层。 3.板式换热器的应用场合 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。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。 （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
