课程设计课程名称化工原理课程设计题目名称热水泠却器的设计专业班级XX级食品科学与工程（X）学生姓名XXXX学号XXXXXXXX指导教师二O一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：7.3×104t/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. 1 换热器简介 (1)1. 2 设计方案简介 (2)1. 3 确定设计方案 (2)1. 3. 1 设计流程图 (3)1. 3. 2 工艺流程简图 (4)1. 3. 3 换热器选型 (4)1. 4 符号说明 (4)2 锯齿形板式热水冷却器的工艺计算 (5)2.1 确定物性数据 (5)2.1.1 计算定性温度 (5)2.1.2 计算热负荷 (6)2. 1. 3 计算平均温差 (6)2. 1. 4 初估换热面积及初选板型 (6)2. 1. 5 核算总传热系数K (7)2. 1. 6 计算传热面积S (9)2. 1. 7 压降计算 (10)2.2 锯齿形板式热水冷却器主要技术参数和计算结果 (10)3 课程设计评述 (11)参考文献 (12)附录 (13)1 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。

1.2 设计方案简介根据设计要求:用入口温度30 ℃，出口温度40℃的循环水冷却热水（热水的入口温度80℃，出口温度60℃），通过传热量、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1.3.1 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 选择板式换热器板型核算冷凝给热系数 估计冷凝给热系数总传热系数核算计算管内给热系数估计传热系数，计算传热面积初值计算 计算值与假定值相差较大折流板计算计算值与假定值相差不大 计算值与假定值相差较大裕度过大或过小压降大于设计压力①② ③④⑤⑥ ⑦1.3.2 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60℃；冷流体人口温度30℃，出口温度40℃。

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； R e ——雷诺准数，无因次； Y ——对流给热系数，W/（m 2〃℃）； S ——换热面积，m 2；W h ——热流体的质量流量，kg 〃s -1 ； `mt ——平均传热温差；壳侧压降和管侧压降计算，并与设计压力比较裕度系数校验 裕度合适板式换热器选取合理压降小于设计压力 ⑧ ⑨锯齿形板式热水冷却器冷水冷水热水热水K——总传热系数，W/（m2〃℃）； N——管子总数；H——传热面积裕度；`t∆——平均传热温差，℃；mQ——换热器的热负荷，kw；μ——粘度, Pa〃s；R i——垢阻热阻，m2〃℃/W； R i——导热热阻，m2〃℃/W；λw——导热系数，W/（m2〃℃）； b——管壁厚度，mm; d——换热器直径，m；ρ——密度,kg/m3N p——管程数； T m——定性温度，℃；L——管子总长，m； D e——当量直径,mm;u i——循环水的流速，m/s； W i——冷却水用量，Kg/h；C ph——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7.3⨯104t/a的热水从80℃冷却至60℃，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。

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：T m = (80+60) /2 = 70℃冷却水：t m = (30+40)/2 = 35℃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T m℃ 密度0ρ kg/m 3 粘度0μ /10-3Pa 〃s 比热容pi C kJ/(kg 〃K) 导热系数i λ W/(m 〃K) 热水 70 977.8 0.406 4.187 0.668 冷却水36993.60.7124.1740.6282.1.2计算热负荷Q = W h C ph (T 1-T 2)式中W h = 7.3×104×103/（330×24）=9217.0kg/h = 2.56kg/s Q =2.56×4.187×(80-60)=214.4 kw 2.1.3计算平均温差（按逆流计算）()()()()C 76.343060/4080ln 30604080︒=-----='∆mt2.1.4初估换热面积及初选板型对于粘度小于1×10-3Pa 〃s 的热水与循环冷却水的换热，列管式换热器的K 值大约为850～1700W/m 2•C ︒，而板式热水冷却器的K 值大约为为列管式换热器的2～4倍，则可初估K 为2500 W/m 2•C ︒。

初估换热面积23m47.276.342500104.214=⨯⨯='∆=mt K Q S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0.00045m 2，有效单片传热面积0.10m 2。

试选组装形式1021020.3⨯⨯。

该组装形式中3.0表示其公称换热面积为3.0m 2；分子的102⨯表示，热水的程数为2，每程的流道均为10；分母的102⨯冷却水的程数也为2，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：0.2304060802.03080304012211112=--=--==--=--=t t T T R t T t t P图2.1 温差校正系数图查单壳程的温差校正系数图，得98.0=φ2m 06.3476.3498.0=⨯='∆=∆mmt tφ初估板式换热面积23m52.206.342500104.214=⨯⨯=∆=mt K Q S2.1.5计算总传热系数K （1）计算热水侧的对流给热系数热水在流道内的流速m/s55.01000045.08.977/42.21=⨯=u当量直径mm0.100.522=⨯==δeD （δ为板片波纹高度，即板间距）13969000406.08.97755.001.0Re 1111=⨯⨯==μρu D e （在2850～14600之间）54526680000406041871111...λμc Pr p =⨯==如果选用0.2m 2锯齿形波纹板片，则其传热热系数的计算公式如下:301610111310..ePr Re D λ.α=（此公式适用于Re 在2850～14600之间）C W/m9092545.21396901.0668.031.023.061.01︒⋅=⨯⨯⨯=α（2）计算冷却水侧的对流给热系数冷却水的质量流量()()()()kg/s14.5304041746080418756.21221=-⨯-⨯⨯=--=t t c T T c W W pc ph h c冷却水在流道内的流速m/s150.11000045.06.993/14.52=⨯=u16048000712.06.993150.101.0Re2222=⨯⨯==μρu D e （适用Re 在2850～14600间）73246280000712041742222...λμc Pr p =⨯==402610222310..ePr Re D λ.α=（此公式适用于Re 在2850～14600之间）CW/m28.13324732.41604801.0628.031.024.061.02︒⋅=⨯⨯⨯=α（3）金属板的热阻R=wbλ拟选用板材为不锈钢(1Cr18Ni9Ti )，其导热系数λw =16.8W/m C ︒⋅，板的厚度估计为b =0.8mm （估计值），则R=C/Wm 000048.08.16108.023︒⋅=⨯=-wbλ（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：㎡〃℃〃W -1加热液体 温度/℃ 115以下 115～205 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 0.8598×10-4 0.8598×10-4 1.7197×10-4 1.7197×10-4 自来水、井水、湖水 1.7197×10-4 1.7197×10-4 3.4394×10-4 3.4394×10-4 蒸馏水 0.8598×10-40.8598×10-40.8598×10-40.8598×10-4硬水 5.1590×10-4 5.1590×10-4 8.598×10-4 8.598×10-4 河水5.1590×10-4 3.4394×10-46.8788×10-45.1590×10-4C/Wm 107197.1C/W m 107197.1242241︒⋅⨯=︒⋅⨯=--R R（5）总传热系数KCW/m2.170997.12264100017197.0000048.000017197.089601111122211︒⋅=++++=++++=αλαR bR K w2.1.6计算传热面积S设备实际传热面积()()2m9.31.01401.01=⨯-=⨯-=N S所需传热面积23,m63.306.342.1709104.214=⨯⨯=∆='逆m t K Q S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 =%44.7%10063.363.39.3=⨯-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。