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课程设计学院：蚌埠学院班级：11级食品科学与工程3班姓名：xxxxx学号：51106023027指导老师：xxxxxx20XX年6月设计任务书一、设计题目热水冷却器的设计二、设计参数（1）处理能力 6.2×104t/a热水。

（2）设计形式锯齿形板式换热器（3）操作条件①热水：入口温度85℃,出口温度60℃。

②冷却介质：循环水，入口温度32℃,出口温度40℃。

③允许压降：不大于105pa。

④每年按330天计，每天24小时连续运行。

⑤建厂地址：湖南地区。

三、设计内容及要求（1）计算热负荷（2）计算平均温度差（3）初估换热面积及初选板型（4）核算总传热系数K（5）计算传热面积S（6）压降计算（7）板式换热器滚个选型（8）附属设备的选型（9）换热工艺流程图（手绘A2），主体设备工艺条件图（手绘A1）。

目录1概述31.1板式换热器的简介31.2设计方案简介71.3确定设计方案101.3.1工艺流程101.3.2换热器选型111.4符号说明112主要设备工艺计算122.1计算定性温度122.2计算热负荷122.3计算平均温差122.4初估换热面积S及板型122.5核算总传热系数K132.5.1计算热水侧的对流给热系数132.5.2计算冷水侧的对流给热系数142.5.3金属板热阻142.5.4污垢热阻142.5.5总传热系数152.6估算传热面积S152.7计算压力降ΔP 153换热器主要技术参数和计算和结果16 设计评述19参考文献20附录21附录1211 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. 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3000～4500kcal/m2•°C•h，比管壳式换热器的热效率高3~5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。

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２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７ＭＭ处截面的速度场分布。

将流体速度达到入口处速度的９９％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６．５Ｍ／Ｓ和１．６４Ｍ／Ｓ。

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３Ａ显示了锯齿形翅片中热通道中间截面处的温度场分布，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３Ｂ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４Ａ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Ｚ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，这是因为热流体的ＲＥ数大约为冷流体ＲＥ的两倍。

从图４Ｂ中可以看出流体的局部换热系数在相邻两排锯齿的交错面上出现突跃，这是因为流体受到翅片的扰动后边界层突然变薄，使流体在那里的换热突然增强。

比较图４Ａ和图４Ｂ可以看到，相同情况下，锯齿形翅片的换热系数要大于平直形翅片的换热系数。

从图５Ａ中可以看到冷热流体的压力变化基本是线性的，在入口处变化较大，冷热流体的总压损大约在２５０ＰＡ和７５ＰＡ。

从图５Ｂ中可以看到冷热流体的压力变化也呈现出锯齿状，在锯齿的交错面上流体的压力出现突降，这是因为翅片对流体的阻挡造成的，冷热流体的压损大约为２５ＰＡ和１０ＰＡ。

1.3 确定设计方案将ＣＦＤ技术运用到板翅式换热器的设计领域，通过合理简化，建立了平直形和锯齿形两种翅片类型的换热器通道模型，对微小通道中流体的流动与传热进行了数值分析，并对计算结果进行了分析，比较了两种翅片中流体的边界层、局部换热系数和压力损失，从微观角度得出了锯齿形翅片高换热效率的根本原因。

1.3.1工艺流程工艺流程设计涉及面很广，它最先开始，最后完成，是由浅入深、由定性到定量逐步分段进行的。

逐步得到工艺流程草图、工艺物料流程图、带控制点工艺流程图、管道仪表流程图。

1.3.2 换热器选型 锯齿形板式换热器1.4 符号说明W H 热液体质量流量 /kg h W C 冷流体质量流量 /kg h C PH 热水定压比热 K J(㎏·℃) C PC 冷水定压比热 K J(㎏·℃)m t '∆ 平均温差 ℃ mt ∆ 校正后的平均温差 ℃K 总传热系数 W ·㎡·℃-1 S 换热面积 ㎡ R E 雷洛准数 无因次 P R 普兰特准数 无因次1α 热流体对流传热系数 W ·㎡·℃-12α 冷流体对流给热系数 W ·㎡·℃-1wλ 材料导热系数 W/M ·℃B 板材厚度 ㎜2 热水冷却器的设计工艺计算2.1计算定性温度，并查取定性温度下的物性数据将60⨯103t/Y 的热水从80℃冷却至50℃，冷却介质采用循环水，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃，设计一台锯齿形板式热水冷却器，完成该生产任务。