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1、化工原理课程设计题 目 热水冷却器的设计 学院名称 化学化工学院 指导教师 刘慧君 职 称 教授 班 级 精工101 学 号 20104540125 学生姓名 宋娟 2013年1月10日化工原理课程设计题 目 热水冷却器的设计 学院名称 化学化工学院 指导教师 刘慧君 职 称 教授 班 级 精工101 学 号 20104540125 学生姓名 宋娟 2013年1月10日化工原理课程设计任务书专业： 化学工程与工艺 班级：精工101 设计人：宋娟计题目：热水冷却器的设计一、 设计任务及操作条件1处理能力 3000kg/h(热水)2设备型式：锯齿型换热器3操作条件热水：入口温度80,出口温度60冷
2、却介质：自来水，入口温度32，出口温度40允许压强降：不大于105Pa二、 设计要求(一)、编制一份设计说明书（打印稿），主要内容包括：1. 前言；2. 流程的确定和说明书（附流程简图）；3. 生产条件的确定；4. 换热器的设计计算，由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量并决定流体通入的空间。5. 算流体的定性温度，以确定流体的物性数据。初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后再校核。6. 计算传热系数K值，然后再作校核。7. 估传热面积。常取实际传热面积是计算值的1.5-1.25倍。8. 计算流体流动阻力。如阻力超过允许范围，需调整设计，直至满意为止。选择适宜的锯齿型换热器并进
3、行核算。9. 附属设备的选型和计算；10. 设计结果列表；11. 设计结果的讨论和说明；12. 注明参考和使用的设计资料；13. 结束语。 （二）绘制换热器装配图1张 (手绘1#号图纸)三、设计日期：2011年12月26日至2012年1月6日目录 1 概述1.1 换热器1.2 设计方案简介1.3 设计方案的确定1.3.1 设计流程图1.3.2 工艺流程简图1.3.3 换热器的选型1.4 符号说明2 锯齿形板式热水冷却器设计的参数计算2.1 确定设计条件2.1.1 定性温度的计算2.1.2 热负荷的计算2.1.3 平均温差的计算2.1.4 初估换热面积及初选板型2.1.5 核算总传热系数K2.1
4、.6 传热面积S的计算2.1.7 压降的计算 2.2锯齿形板式热水冷却器的主要参数及计算结果3 课程设计过程中的感想及收获3 参考文献1概述1.1换热器 换热器，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。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器种类很多，若按换热器传热面积形状和结构可分为管式换热器和特殊形式换热器。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各一相同，故换热器的类型很多，特点不一、可根据生产工艺要求进行选择。本次设计为锯齿形板式热水冷却器
5、。板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。板式换热器的特点包括：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）缺点是密封周边较长
6、，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。1.2 设计方案简介根据设计要求:用入口温度32 ，出口温度40的循环水冷却热水（热水的入口温度85，出口温度55），通过传热量、阻力损失传热系数、传热面积的计算，并结合经验值确定换热器的工艺尺寸、设备型号、规模选定，然后通过计算来确定各工艺尺寸是否符合要求，符合要求后完成工艺流程图和设备主体条件图，进而完成设计体系。设计要求：选择一台适宜的锯齿形换热器并进行核算。下图中左上角的为板式换热器外形，右下角的是板式换热器工作原理图。图1 图21.3设计方案的确定1.3.1 设计流程图确定物性常熟，热负荷、冷
7、却剂用量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间 1估计传热系数，计算传热面积初值 2选择板式换热器板型 3 估计冷凝给热系数 4 A A B C 计算管内给热系数核算冷凝给热系数 5 总传热系数核算 6计算值与假定值相差不大折流板计算 7壳侧压降和管侧压降计算，并与设计压力计算 8压降小于设计压力裕度系数校检 9 裕度合适板式换热器的选取注意：A.计算值与假定值相差较大 B压降大于设计压力 C.裕度过大或过小1.3.2工艺流程简图锯齿形板式热水冷却器 冷水 热水 冷水 热水 1.3.3换热器选型冷热流体温度变化如下:热流体进口温度85C，出口温度60C；冷流体入口温度32C,出口温度40C。
8、该换热器用循环冷却水冷却，初选BJ0.2锯齿形波纹板片的板式热水冷却器。1.4符号说明Pr普兰特准数，无因次； Re雷诺准数，无因次；a-对流给热系数，W/（m2）； S换热面积，m2； Wh热流体的质量流量，kgs-1 ； 平均传热温差；K总传热系数，W/（m2）； N管子总数；H传热面积裕度； 平均传热温差，；Q换热器的热负荷，kw； 粘度, Pas；Ri垢阻热阻，m2/W； Ri导热热阻，m2/W；w导热系数，W/（m2）； b管壁厚度，mm;d换热器直径，m； 密度,kg/m3Np管程数； Tm定性温度，；L管子总长，m； De当量直径,mm;ui循环水的流速，m/s； Wi冷却水用量
9、，Kg/h；Cph热流体的平均定压比热，kJ/(kg)2 锯齿形板式热水冷却器计的参数计算2.1 确定设计条件将4000Kg/h的热水从85冷却至60，冷却介质采用自来水，入口温度32，出口温度为40，允许压强降不大于105Pa。设计一台锯齿形板式热水冷却器，完成该生产任务。2.1.1定性温度的计算热水：Tm=(85+60)/2=72.5 冷却水：tm = (32+40)/2 = 36查化工原理上册附录，水在定性温度下的物性数据如下表:表2.1 水的物理性质物性流体定性温度Tm密度kg/m3粘度/10-3Pas比热容kJ/(kgK)导热系数W/(mK)热水72.5976.30.3944.189
10、0.669冷却水36993.60.7124.1740.6282.1.2计算热负荷Q = Wh Cph (T1-T2)式中Wh = 4000kg/h = 1.11kg/sQ =1.114.189(85-60)=116.24 kw 2.1.3计算平均温差(按逆流计算) 2.1.4 初估换热面积及初选板型查资料，可估K=1500W/m2。初估换热面积初步选定BJ0.2锯齿形波纹板片的板式热水冷却器，其单通道流通截面积为0.00105m2，有效单片传热面积0.10m2。试选组装形式,该组装形式中4.0表示其公称换热面积为4.0m2；分子的46表示，热水的程数为4，每程的流道均为6；分母的28冷却水的程
11、数为2，其流道为8。2.1.5计算总传热系数（1）计算热水侧的对流给热系数热水在流道内的流速当量直径(波纹高度，即板间距)(在285014600之间)如果选用0.2m2锯齿形波纹板片，则其传热热系数的计算公式如下:（此公式适用于Re在285014600之间）(2)计算冷却水侧的对流给热系数冷却水的质量流量冷却水在流道内的流速(适用Re在285014600之间)（此公式适用于Re在285014600之间）（3）金属板的热阻R拟选用板材为不锈钢（1Gr18Ni9Ti），其导热系数w=16.8 W/m2.板的厚度估计为b=5mm（估计值），则 R=(4)污垢热阻附录 壁面污垢热阻表2.2 冷却水的壁面污垢热阻冷却水 单位：W-1加热液体温度/115以下115205水的温度/25以上25以下水的速度1以下1以上1以下1以上海水0.859810-40.859810-41.719710-41.719710-4自来水、井水、湖水1.719710-41.719710-43.439410-43.439410-4蒸馏水0.859810-40.859810-40.859810-40.859810-4
