مبدل های حرارتی

انتقال حرارت

انتقال حرارت نیازی است که در زندگی روزمره بسیار از آن استفاده می کنیم  این نیازها شامل سرد و گرم کردن مواد در تابستان و زمستان است که به معنی انتقال گرما از جسم گرم به جسم سرد می باشد . یکی از تجهیزاتی که برای انتقال حرارت در صنعت استفاده می شود مبدل های حرارتی است این مبدل ها کاربردهای فراوانی دارند که شامل نیروگاه ها ، پالایشگاه ها ، صنایع غذایی ، صنایع پتروشیمی و غیره می شود . مبدل ها انرژی گرمایی را بین دو یا چند سیال با دماهای متفاوت منتقل می کنند .

دسته بندی مبدل های حرارتی

      1. بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم : 
        •  الف- تماس مستقیم : در تماس مستقیم سیالات در هم نامحلول هستند که یکی گاز و دیگری مایع است در این تماس رسوب وجود ندارد و انتقال حرارت بالایی مهیا می شود.
        • ب- تماس غیر مستقیم : در این تماس یک سطح فلزی نفوذ ناپذیر بین سیال سرد و گرم آنها را از هم جدا می کند این سطح جدا کننده دو سیال سرد و گرم را از هم جدا می کند تا دوسیال با هم مخلوط نشوند.
      2. بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم : 
        • الف- جریان هم جهت : این نوع مبدل ها دارای جریان سرد و گرم موازی هستند به این صورت که دو جریان سیال از یک انته وارد می شوند و بعد از جریان یافتن در یک جهت از انتهای دیگر خارج می شوند در این نوع مبدل در ابتدا میزان انتقال حرارت دو سیال تازه وارد شده ، بیشتر از قسمت انتهای آن است .
        • ب- جریان مخالف : در این نوع مبدل جهت جریان دو سیال خلاف جهت یکدیگرند و در شرایط یکسان انتقال حرارت کمتری نسبت به مبدل های همسو دارند
        • ج- جریان عمود : در این نوع مبدل جهت جریان دو سیال عمود بر هم می باشد ، در این نوع جریان با توجه به نوع طراحی جریان مخلوط یا غیر مخلوط داریم
      3. بر اساس نوع ساختمان مکانیکی :
        • الف- مبدل های حرارتی لوله ای : این مبدل ها بیشترین کاربرد را در صنعت دارند که به چهار دسته : تک لوله ای ، دو لوله ای ، پوسته و لوله ، لوله مارپیچ تقسیم می شوند که مزایای آن راندمان بالا ، مونتاژ آسان و مناسب برای دبی های کم و بارهای حرارتی پایین است .انواع مبدل های لوله و پوسته شامل : مبدل های سرثابت ، مبدل های سر شناور ، مبدل با لوله U شکل ، کولر یا خنک کننده هوایی ، مبدل حرارتی سرد کننده و مبدل حرارتی گرم کننده می شوند.
        • ب- مبدل های حرارتی صفحه ای :این مبدل ها برای انتقال گرما بین گاز – مایع استفاده می شوند و به سه دسته : صفحه ای واشردار ، صفحه ای حلزونی و لاما تقسیم می شود.
        • ج- مبدل های حرارتی با سطوح پره دار : پره های موجود در این نوع مبدل ها باعث انتقال گرما می شوند این نوع مبدل ها به دو دسته : مبدل های صفحه ای پره دار و مبدل های لوله ای پره دار تقسیم می شوند.
        • مقایسه مبدل های حرارتی صفحه ای و پوسته و لوله ای

          مبدل حرارتی صفحه ای و پوسته ای و لوله ای از مبدل هایی هستند که در صنعت کاربردهای زیادی دارند . مبدل های حرارتی پوسته و لوله مقاومت بالایی دارند و دما و فشار زیادی را تحمل می کنند این مبدل ها معایبی نیز دارندو آن بزرگی اندازه و عدم دسترسی به سطوح داخلی است .برخلاف مبدل های پوسته و لوله ای مبدل های صفحه ای نمی توانند دما و فشار زیادی را تحمل کنند . برای دما و فشار های بالاتر از صفحات جوشی استفاده می شود اما از معایب آن ، این است که انعطاف پذیری مبدل را کم می کند و تعمیر و نگهداری آنها مشکل است . در مواردی که استفاده از مبدل صفحه ای یا لوله ای مهم نباشد از مبدلی استفاده می شود که با توجه به شرایط اقتصادی بهینه باشد و هم چنین در برابر تغییر شرایط کار انعطاف پذیر باشد.

      4. براساس مکانیزم انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم
  1. کاربردهای عملیاتی مبدل های حرارتی :

    • کندانسور : کندانسور تبدیل بخار اشباع به مایع اشباع است طبق این عمل بخارات خروجی از بالای برج خنک شده و فاز مایع تامین می شود و قسمتی از آن مایع را دوباره به برج باز می گردانیم که به این عمل کندانس شدن می گویند که درون کندانسور صورت می گیرد . کندانسورها در اشکال پوسته و لوله وجود دارند و مواد سرما ساز موجود در آنها حرارت بخار را جذب می کند و عمل کندانس شدن را انجام می دهد ، کندانسورها از لحاظ فرآیند به دو نوع جزئی و کامل تقسیم می شوند . در کندانسور جزئی هدف ، جمع آوری بخار است و مایع رفلاکس می شود . در کندانسور کامل ، تمام بخارات خروجی به مایع تبدیل می شود که محصول بالای برج به صورت مایع جمع آوری می شود و مقداری از آن دوباره به بالای برج بازگرداننده می شود .
    • ریبویلر :ریبویلر ها نیاز بخار و حرارت در برج تقطیر را فراهم می کنند و عمده آنها از نوع پوسته و لوله می باشند . ریبویلر ها از نظر عملکرد به دو دسته تقسیم کلی ریبویلر با گردش طبیعی و اجباری دسته بندی می شوند در گردش اجباری برای گردش مایع از پمپ استفاده می شود ولی در گردش طبیعی مایع برای حرکت به پمپ نیازی ندارد که برای استفاده از این گردش می توان روش Kettle Reoiler به کار برد .
    • هیتر : هیتر دستگاهی است که سیال واسطه گرمایش را تامین می کند که این سیال واسطه بخارآب است . هیترها در صنایع پلیمری کوره ها به کار می روند .
    • چیلر : هنگامی که مبدل ها از آب به عنوان خنک کننده استفاده می شود طی فرآیندی گرما را از سیال گرم تر دریافت می کند و از سیستم خارج می شود . هدف از استفاده چیلر این است که از این سیال خنک کننده دوباره استفاده شود تا در مقدار هزینه ها صرفه جویی شود . چیلرها می توانند دمای سیال را بیش از دمایی که به روش های دیگر می توان به آن رسید خنک کنند.
    • کولر : از کولرها برای خنک کردن جریان های فرآیند استفاده می شود و سیال خنک کننده آنها آب و گازهایی مانند پروپیلن پروپان و … است . اگر برای سرد کردن گازها از کولر استفاده کنیم با گذاشتن تجهیزاتی در محل ارسال گاز خروجی ، آنرا از مایعات اشباع جدا می کنیم.

مزایا و معایب مبدل های حرارتی :

مزایا:

مزایای استفاده از مبدل های حرارتی تامین آب گرم بهداشتی ، سازگاری در فشارهای پایین و بالا ، سازگاری در دماهای پایین و بالا . طبق مواد استفاده شده برای تولید صفحات ، مبدل ها طول عمر بالایی دارند و در مقابل زنگ زدگی و خوردگی مقاومند . جنس صفحات باعث کاهش رسوب گیری و جریان گردابی بین لایه ها شده است .استفاده از مبدل ها به دلیل راندمان بالای آنها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود .

معایب:

با توجه به مزایا یکی از معایب مبدل ها این است که اگر از مواد پلاستیکی در آنها استفاده شود تحت دما و فشارهای بالا قابل استفاده نیستند و یکی دیگر از این معایب عدم آب بندی کامل اشر ها است .

نتیجه گیری :

طبق کاربرد گفته شده در مورد مبدل ها در صنعت این دستگاها برای گرمایش و سرمایش جریان های فرآیند به کار گرفته می شود و با اندازه ی کوچک نقش به سزایی در اقتصادی شدن فرآیند تولید دارند یرا درصد بالایی از هزینه کارخانه را در بر می گیرند و باید یازه و عملکرد بالایی داشته باشند بنابراین تاکید می شود که هنگام ساخت مبدل ها تا حد امکان از مواد پلاستیکی استفاده نشود .

منابع:

  • مبادله کن های گرما ، تالیف : Sadik Kakac , Hongtan Liu ، ترجمه : دکتر سپهر صنایع
  • سایت باشگاه مهندسان ایران : iran_eng.com .
  • سایت انجمن علمی تامین مقالات رایگان : WWW.gigapaper.com

نویسنده مطلب: hamid

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *