南京工业大学化工原理课程设计(DOC) -

南京工业大学材料工程原理B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： 板式换热器1 -煤油处理能力5000吨/年 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名：

日 期：

指导教师：

设计成绩： 日 期：

1

南京工业大学材料工程原理B课程设计

“板式换热器设计组”任务书 (一）设计题目

板式换热器设计1-煤油处理能力5000吨/年 （二）设计任务及操作条件 1、处理能力 见下表 2、设备型式 板式换热器 3、操作条件

（1）油： 入口温度100℃，出口温度40℃

（2）冷却介质：冷却塔循环水，入口温度30℃，出口温度50℃。 （3）油侧与水侧允许压强降：不大于5×105 Pa （4）油定性温度下的物性参数： 名称 油 Cp (kj/㎏.℃) ?（kg/m）825 2.22 3?（Pa.s） ? (W/m.℃) 8.66×10-4 0.14 （5）工作制度：每年工作245天，每日工作8小时

2

南京工业大学材料工程原理B课程设计

目录

设计任务书……………………………………………………………… 2 一．设计简介…………………………………………………………………….. 4

1.换热器概述……………………………………………………………………... 4 1.1板式换热器…………………………………………………………………… 4 1.2板式换热器的应用…………………………………………………………… 4 1.3板式换热器的特点…………………………………………………………… 4 2.板式换热器的基本结构……………………………………………………… 5 2.1组装形式（见下图）………………………………………………………… 6 2.2传热板片…………………………………………………………………….. 6 2.3密封垫片 …………………………………………………………………… 6 3.设计的一般原则………………………………………………………………… 6 3.1板片波纹形式的选择………………………………………………………… 6 3.2单板面积的选择………………………………………………………………. 7 3.3板间流速的选取………………………………………………………………. 7 3.4流程的选取……………………………………………………………………. 7 3.5流向的选取……………………………………………………………………. 8 3.6流道数的选取………………………………………………………………… 8 3.7垫片材料的选择………………………………………………………………. 8

二．工艺流程简图……………………………………………………………….. 8 三．板式换热器的工艺设计计算……………………………………………… 8

3.1设计计算步骤………………………………………………………………… 8 3.2工艺物性数据………………………………………………………………… 10 3.3板式换热器的计算…………………………………………………………… 10 3.3.1计算热负荷………………………………………………………………… 10 3.3.2计算逆流平均温度差及冷却流量………………………………………… 10 3.4初选换热面积………………………………………………………………… 10 3.5方案一 ……………………………………………………………………... 12 3.6方案二 ……………………………………………………………………... 14 3.7方案三 ……………………………………………………………………... 16 3.8方案确定及设计结果一览表………………………………………………... 18

四．辅助设备的选型

4.1.水泵及水管的选型 …………………………………………………………... 18 4.2.油泵及油管的选型……………………………………………………… 19

4.3附各公式符号的意义及单位………………………………………….. 20

五．设计小结………………………………………………………………. 20 六．参考文献………………………………………………………………. 21

3

南京工业大学材料工程原理B课程设计

一.设计简介

1.换热器概述

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。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

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。 1.2板式换热器的应用

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。 1.3板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器的比较）

优点：

a.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。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℃。

b.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1/5-1/8。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

4

南京工业大学材料工程原理B课程设计

换热器的传热面积几乎不可能增加。

c.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。 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%。

d. 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。 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。 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。

e. 容量较小 是管壳式换热器的10%-20%。 缺点：

a. 单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。 不易结垢 由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3-1/10.

b. 工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露 板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。 易堵塞 由于板片间通道很窄，一般只有2-5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。 2.板式换热器的基本结构

板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。

板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。 板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓加紧而成。

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tyqt.html