(整理)材料工程设计

精品文档 精品文档 南 京 工 业 大 学 《材料工程基础》课程设计 设计题目：板式换热器1-油处理能力14000公斤/小时 专 业： 材科 班 级： 1001班 学 号： 231110100130 姓 名： 臧冬冬 邮箱：851046525@qq.com

日 期： 2012-12-24—2012-1-3

指导教师： 张老师

设计成绩： 日 期： 精品文档

精品文档 设计任务书

（一）设计题目 板式换热器-油处理能力14000公斤/小时 （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70℃，出口温度40℃ （2）冷却介质：工业硬水，入口温度20℃ （3）水的流量为20000kg/h （4）油侧与水侧允许压强降：不大于105 Pa （5）油定性温度下的物性参数： 名称 （kg/m3） Cp (kj/㎏.℃) （Pa.s）

(W/m.℃)

油 850 1.8 3.2×10-3 0.12

油的中性温度=55℃

精品文档

精品文档 目录 设计任务书……………………………………………………………………….. 设计方案简介……………………………………………………………………...1 组装判断程序图………………………………………………………………………5 工艺计算和主体设备设计…………………………………………………………6 参考文献…………………………………………………………………………….13 答辩记录及评语.......................................................................................................15 附图 (工艺流程图，主体设备工艺图)………………………………………16,17 精品文档

精品文档 1 .1 板式换热器简介 本成套设备有板式换热器、平衡槽、离心式卫生泵热水装置（包括蒸汽管路，热水喷入器）、支架以及仪表箱等组成。用于牛奶或其他热敏感性液体之杀菌冷却。与处理的物料先进入平衡槽，经离心式卫生泵送入换热器、经过预热杀菌、保温、冷却各手段、凡未达到杀菌温度的物料，由仪表控制气动回流阀换向、再回到平槽重新处理。物料杀菌温度有仪表控制箱进行自动控制和连续记录，一便对杀菌过程进行监视和检查。此设备适用于对牛奶预杀菌、巴氏杀菌。板式换热器的型式主要有框架式和钎焊式两大类。半片形式主要有人字形波纹板水平平直波纹板和锯齿形半片三种。 1.2 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。板片的四周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、上下倒杆和夹紧螺栓等组成。 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。

1.3板式换热器的特点 人们通过科学研究和生产实践，对板式换热器的特点有了深刻的了解，并总结出一系列优缺点，通常是和管壳式换热器加以比较，共归纳为以下几点：

优点：

(1)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，一般认为是管壳精品文档 精品文档 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℃。 （2）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，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。 （3）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%。 （4） 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。 （5）价格低 在使用材料相同的前提下，因为框架所需要的材料较少，所以生产成本必然要比管壳式换热器低。 （6）末端温差小 管壳式换热器，在壳程中流动的流体和换热面交错并绕流，还存在旁流，而板式换热器的冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面，且无旁流，这样使得板式换热器的末端温差很小，对于水—水换热可以低于1℃，而管壳式换热器大约为5℃，这对于回收低温位的热能是很有利的。 （7）污垢系数低 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，其原因是流体的剧烈湍流，杂质不宜沉积；板间通道的流通死区小；不锈钢制造的换热面光滑、且腐蚀附着物少，以及清洗容易。 （8）多种介质换热 如果板式换热器安装有中间隔板，则一台设备可以进行三种或三种以上介质的换热。 （9）清洗方便 板式换热器的压紧板卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。 （10）容易改变换热面积或流程组合 只需要增加（或减少）板片，即可达到需要增加（或减少）的换热面积。

缺点： （1）工作压力在2.5MPa以下 精品文档 精品文档 板式换热器是靠垫片进行密封的，密封的周边很长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以目前板式换热器的最高工作压力仅为2.5MPa；单板面积在1m2以上时，其工作压力往往低于2.5MPa。 （2）工作温度在250℃以下 板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度在200℃以下；用压缩石棉绒垫片(Caf)时，最高工作温度为250~260℃。 （3）不宜于进行易堵塞通道的介质的换热 板式换热器的板间通道很窄，一般为3~5mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合，应考虑在入口安装过滤装置，或采用再生冷却系统。

1.4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。 1.5选择板片的波纹形式及单板面积的选择 板片的选用原则：主要考虑板式换热器的工作压力，流体的压力将和传热系数。如果工作压力在1.6MPa以上，则别无选择的要采用人字形波纹板片;如果不高有特别要求阻力降低，则选用水平平直波纹板片较好一些;如果由于安装位置所限，需要高的换热效率以减少占地面面积，而阻力将可以不受限制则应选用人字形波纹板片。单板面积过小，则板式换热器的版片数多也即是占地面积增大，程数增多（造成阻力降增大）；反之，虽然占地面面积和阻力减少，难保证板间通道必要的流速。 板片常用形式 板片按波纹的几何形状区分，有水平平直波纹、人字形波纹、斜波纹等波纹板片(见下图）；按流体在板间的流动形式区分，有管状流动、带状流动、网状流动的波纹板片。 板片特种形式 为了适应各种工程的需要，在传统板式换热器的基础上相继发展了一些特殊的板片及特殊的板式换热器。 1：便于装卸垫片的板片 2：用于冷凝器的板片 3：用于蒸发器的板片 4：板管式板片 精品文档 精品文档 5：双层板片 6：石墨材料板片 7：宽窄通道的板片 图1 常用板片

表1单板面积与处理量的关系 单板面积，㎡ 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 1.6 2

角孔直径，mm 40 50 65 90 80 100 125 150 175 200 200 250 300 350 约400 单台最大处理量，m³ 27 42 71 137 108 170 265 380 520 680 680 1060 1530 2080 约2700

1.6 组装形式（见下图） 板式换热器是根据实际操作的需要设计和选取的，而流程的选取和设计是根据板式换热器的传热方程进行计算的，组装形式有三种： 1）串联流程 流体在一程内流经每一垂直流道后，接着就改变方向，流经下一程。在这种流程中，两流体的主体流向是逆流，但相邻流道中有并流也有逆流。 2）并流流程 流体分别流入平行的流道，然后汇聚成一股流出，为单程。 3）混流流程 为并流流程和串联流程的组合，在同一流程内是并联，