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1、化工原理课程设计计题目：热水冷却器的设计一.设计任务及操作条件1处理能力 2500kg/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55冷却介质：自来水，入口温度25，出口温度38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
2、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：2012年12月31日至2013年1月11日1 概 述11. 1 换热器简介11. 2 设计方案简介21. 3 确定设计方案21. 3. 1 设计流程图31. 3. 2 工艺流程简图41. 3. 3 换热器选型41. 4 符号说明42 锯
3、齿形板式热水冷却器的工艺计算52.1 确定物性数据5 计算定性温度5 计算热负荷62. 1. 3 计算平均温差62. 1. 4 初估换热面积及初选板型62. 1. 5 核算总传热系数K72. 1. 6 计算传热面积S92. 1. 7 压降计算102.2 锯齿形板式热水冷却器主要技术参数和计算结果103 课程设计评述11参考文献12附录131 概述1.1 换热器简介换热器，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。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，日常生活中
4、取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。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。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
5、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，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25，出口温度38的循环水冷却热水（热水的入口温度80，出口温度55），通过传热量、
6、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。下图中左面的为板式换热器外形，右边的是板式换热器工作原理图。1.3 确定设计方案 设计流程图确定物性常数，热负荷、冷却剂用量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间估计传热系数，计算传热面积初值计算选择板式换热器板型计算值与假定值相差较大估计冷凝给热系数计算值与假定值相差较大压降大于设计压力裕度过大或过小核算冷凝给热系数计算管内给热系数总传热系数核算计算值与假
7、定值相差不大折流板计算壳侧压降和管侧压降计算，并与设计压力比较压降小于设计压力裕度系数校验裕度合适板式换热器选取合理锯齿形板式热水冷却器冷水冷水热水热水 工艺流程简图1.3.3 换热器选型两流体温度变化情况：热流体进口温度80，出口温度55；冷流体人口温度25，出口温度38。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
8、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，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的工艺计算将2500kg/h的热水从80冷却至55，冷却介质采用循环水，循环水入口温度25，出口温度为38，设计一台锯齿形板式热水冷却器，完成该生产任务。2.1 确定物性数据2.1.1首先计算定性温度，并查取定性温度下的物性数据热水：Tm =
9、(80+55) /2 = 67.5冷却水：tm = (25+38)/2 = 31.5查化工原理附录，两流体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67.5979.70.4144.1810.662冷却水31.5995.20.7794.1740.6192.1.2计算热负荷Q = Wh Cph (T1-T2)式中Wh = 2500/3600=0.694kg/sQ =0.6944.181(80-55)=72.54 kw2.1.3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对于粘
10、度小于110-3Pas的热水与循环冷却水的换热，列管式换热器的K值大约为8501700W/m2，而板式热水冷却器的K值大约为为列管式换热器的24倍，则可初估K为2500 W/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0.00045m2，有效单片传热面积0.10m2。试选组装形式。该组装形式中2.0表示其公称换热面积为2.0m2；分子的表示，热水的程数为1，每程的流道均为10；分母的冷却水的程数也为1，其流道为10。因所选板型为混流，故可采用列管式换热器的温差校正系数：图2.1 温差校正系数图查单壳程的温差校正系数图，得初估板式换热面积2.1.5计算
11、总传热系数K（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（为板片波纹高度，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(1Cr18Ni9Ti )，其导热系数w=16.8W/m，板的厚度估计为b=0.8mm（估计值），则R=（4）污垢热阻附录24 壁面污垢热阻表2.2 冷却水的壁面污垢热阻冷却水 单位
12、：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硬水5.159010-45.159010-48.59810-48.59810-4河水5.159010-43.439410-46.878810-45.159010-4（5）总传热系数K2.1.6计算传热面积S设备实际传热面积所需传热
13、面积带入由实际传热面积和理论传热面积计算的：安全系数（裕度）H = 传热面积的裕度可满足工艺和安全的需要，故该换热器能够完成生产任务。2.1.7 压降计算查化工原理课程设计5, 查0.2m2锯齿形波纹板式热水冷却器的曲线图(斜率m=1.67)。热水侧时，满足要求冷水侧 时，满足要求故所选板式热水冷却器合理。2.2 锯齿形板式热水冷却器主要技术参数和计算结果根据生产任务和设计要求计算，所选的锯齿形板式热水冷却器的主要技术参数和计算结果见表3-2。表2.3 锯齿形板式热水冷却器技术参数和计算结果换热器类型：锯齿形板式热水冷却器换热面积(m2)：1.9裕度：0.53%技术参数：物料名称热水侧冷水侧操作压强,MPa0.130.41操作温度, 80/5538/25流体密度, kg/m3979.7995.2流速,m/s0.1600.300总传热量,kW72.54总传热系数,W/m2
