热水冷却器的设计.doc
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1、课 程 设 计课程名称化工原理课程设计题目名称热水冷却器的设计专业班级10级食品科学与工程(1)班学生姓名李周学号 51006021030 指导教师 赵大庆二OO九年 月 日 锯齿形板式热水冷却器的设计任务书一、设计题目:锯齿形板式热水冷却器的设计二、设计参数:(1)处理能力:6.3104t/Y热水(2)设备型式:锯齿形板式热水冷却器(3)操作条件:1、热水:入口温度80,出口温度60。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,每天按24小时连续运行。5、建厂地址:蚌埠地区。目 录1概述1.1板式换热器的简介1.2设计方案简介1.3确
2、定设计方案1.3.1工艺流程1.3.2换热器选型1.4符号说明2主要设备工艺计算2.1计算定性温度2.2计算热负荷2.3计算平均温差2.4初估换热面积S及板型2.5核算总传热系数K 2.5.1计算热水侧的对流给热系数2.5.2计算冷水侧的对流给热系数2.5.3金属板热阻2.5.4污垢热阻2.5.5总传热系数2.6估算传热面积S 2.7计算压力降p 3换热器主要技术参数和计算和结果设计评述 参考文献附录附录1附录2附录31 概述换热器(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
3、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锯齿形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
4、波纹板和瘤形板片三种。 1. 板式换热器的基本结构 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
5、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
6、器热损失大,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.
7、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30004500kcal/m2Ch,比管壳
8、式换热器的热效率高35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
9、露,介质总是向外排出。 (3)板式换热器的应用范围 板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门,可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况 i.化学工业 制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。 ii.钢铁工业 冷却淬火油,冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷却轧制机、拉丝机冷却液。 iii.冶金行业 铝酸盐母液的加热和冷却,冷却铝酸钠,炼铝轧机润滑油冷却。 iv.机械制造业 各种淬火液冷却,冷却压力机、工业母机润滑油,加热发动机用油。 v.食品工业 制盐,乳品,酱油,醋的
10、杀菌、冷却,动植物油加热、冷却,啤酒生产中啤酒、麦芽汁的加热冷却,制糖,明胶浓缩,杀菌、冷却,制造谷氨酸钠。 vi.纺织工业 各种废液热回收,沸腾磷化纤维的冷却,冷却粘胶液,醋酸和酸醋酐的冷却,冷却碱水溶液,粘胶丝的加热和冷却。 vii.造纸工业 冷却黑水,漂白用盐、碱液的加热、冷却,玻璃纸废液的热回收,加热蒸煮酸,冷却氢氧化钠水溶液,回收漂白张纸的废液,排气的凝缩,预热浓缩纸浆似的废液。 viii.集中供暖 热电厂废热区域供暖,加热生活用水,锅炉区域供暖 ix.油脂工业 加热、冷却合成洗涤剂,加热鲸油,冷却植物油,冷却氢氧化钠,冷却甘油、乳化油。 x.电力工业 发电机轴泵冷却,变压器油冷却。
11、 xi.船 舶 柴油机,中央冷却器,卸套水冷却器,活塞冷却器,润滑油冷却器,预热器,海水淡化系统(包括多级及单级) xii.其 他 医药、石油、建陶、玻璃、水泥、地热利用等。 1.2设计方案简介 图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处截面的速度场分布。将流体速度达到入口处速度的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和。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。 锯齿形翅片的温度场和速度场分布 图显示了锯齿形翅片中热通道中间截面处的温度场分
12、布,可以看到交错排列的翅片使流体在流动方向上产生的热边界层总是不断被破坏,使得锯齿形翅片比平直形翅片拥有更好的换热效果。图显示了的中间截面处的速度矢量分布,从图中可以看到流体接近翅片时出现的分流,和流体离开翅片时在翅片尾部产生的微小旋涡。 局部换热系数和压力的变化趋势从图中可以看出冷热流体的换热系数都是随着温度的增加而增加(热流体沿轴正方向流动,冷流体相反),这说明流体的局部换热系数受温度的影响;冷热流体在入口附近的局部换热系数都相对较大,这是因为从入口到层流充分发展段之间的区域内,流体的热边界层比较薄,因而有较高的局部换热系数。热流体的局部换热系数大约是冷流体局部换热系数的两倍,这是因为热流
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