مبدل های حرارتی مانند پمپ ها و مخازن بطور وسیع در اکثر واحدهای فرآیندی کاربرد دارند، چرا که کنترل حرارت به عنوان بخش مهمی از عملیات کارخانه به حساب می آید و می تواند به صورت کاربرد مستقیم (مثلا در یک کوره) و یا بصورت تبادل حرارت (مثلا در یک مبدل لوله ای یا پوسته ای) انجام شود. شکل زیر کاربردهای متداول مبدل های حرارتی را به صورت دیاگرام جریان فرآیند نمایش می دهد، قسمت های مختلف این دیاگرام عبارتست از:

خنک کننده: خنک کننده تعبیه شده، گاز جاری در فرآیند را با انتقال حرارت آن به آب خنک کننده، اتمسفر و یا محیط های دیگر، خنک می کند.

مبدل: مبدل ها، حرارت را میان جریان هوای گرم و جریان هوای سرد، تبادل می کنند.

 دیگ بخار مضاعف: سیال جمع آوری شده در ته برج ها را با استفاده از بخار روغن و یا یک جریان داغ به عنوان واسطه حرارتی، تبخیر می کند.

هیتر: جریان جاری در فرآیند را با استفاده از چگالش بخار حرارت می دهد.

 کندانسور: بخار را بوسیله انتقال حرارت از آن به آب سرد، هوای اتمسفر و یا هر محیط واسطه دیگر، تقطیر می کند.

چیلر: جریان فرآیند را بوسیله تبخیر ماده یخچالی تا دماهای بسیار پایین سرد می کند.

انواع مبدل های حرارتی:

مبدل های لوله ای پوسته ای (Shell and tube heat exchanger):

این مبدل ها مخازن استوانه ای شکل بلند از جنس فولاد هستند که شامل مجموعه ای از مجراهای موازی می باشند. در این نوع مبدل ها، سیال در داخل پوسته مبدل و سیال دیگری نیز در داخل تیوب ها به جریان درمی آید و به این صورت تبادل حرارتی مورد نظر میان دو سیال انجام می گیرد. در انتهای مبدل، سرپوش ها را می توان طوری طراحی نمود که جریانها مختلف از مجراهای مبدل عبور کنند، همچنین اگر بخواهیم چند جریان مختلف از سمت پوسته عبور کنند، می توان تعدادی بافل را به این منظور به موازات تیوب های مبدل نصب نمود. (اطلاع بیشتر در مورد مبدل های لوله ای) شکل های زیر نمونه ای از این نوع مبدل را نشان می دهند:

 

مبدل لوله پوسته افقی
شکلهای مختلف مبدل شل وپوسته
مبدل لوله و پوسته

این نوع از مبدل های حرارتی دارای چهار بخش کلی هستند

  1. کلگی جلو (Front header)
    جای که سیال وارد بخش لوله مبدل می شود. به عنوان سر ثابت نیز خواننده می شود.
  2. کلگی عقب (Rear header)
    جای که سیال از بخش لوله خارج می شود و یا جای که در مبدل های دارای بخش لوله ای چند گانه وارد بخش لوله بعدی می شود.
  3. دسته لوله (Tube bundle)
    شامل لوله ها، صفحه ها، بافل، میله های نگه دارنده و … می شود.
  4. پوسته
    قسمت بیرونی مبدل که دسته لوله ها را در بر می گیرد.

مبدل های حرارتی صفحه ای:   

این نوع مبدل ها، معمولا در کاربردهایی که دما و فشار پایین است مورد استفاده قرار می گیرند. این مبدل ها از قسمت هایی شامل پوششهای انتهایی، میله حامل، نازلهای وروردی  و خروجی، ورقه ها و واشرهای لاستیکی تشکیل می شوند. داخل مبدل میان صفحات فواصلی جهت عبور سیال وجود دارد و واشر لاستیکی نیز در کانال های اطراف و پیرامون صفحات قرار گرفته و توزیع جریان سیال را حفظ می کنند.در گوشه های هر صفحه نیز مسیر ورود و خروج جهت سیال گرم و سرد وجود دارد که وقتی صفحات کنار هم قرار می گیرند تشکیل چهار مسیر از میان مجموع صفحات را می دهند. شکل زیر نمونه ای از این نوع مبدل را نشان می دهد:

plate heat exchanger

مهمترین تفاوت مبدل های صفحه ای نسبت به مدل لوله پوسته، نرخ انتقال حرارت بالاتر به دلیل نوع حرکت سیال درون آن است. این مبدل ها از شکل حرکت جریان مخالف هم (counter current) بیشتر بهره می برند.

کاربرد مبدل های حرارتی حلزونی

  • فرایند پاستوریزه کردن
  • پیش گرمایش
  • خنک سازی سیال خروجی
countercurrent flow
مبدل های حرارتی صفحه ای

مبدل های حرارتی حلزونی(Spiral heat exchanger):

این مبدل های حرارتی، معمولا در واحدهای شیمیایی استفاده شده و دارای ساختاری دایره ای شکل می باشند. این مبدل ها شامل دو نوار دراز از ورقه می شوند که به شکل یک زوج مجرای مارپیچی هم مرکز به هم پیچیده شده اند و لبه های دیگر این مجرا بسته هستند، لذا سیال از کانال های بسته و ممتد عبور می کند. پوشش های مبدل که در هر طرف مجموعه مارپیچی قرار می گیرند، جداشدنی هستند و می توان با برداشتن آنها به ورقه حلزونی دسترسی پیدا نمود.شکل زیر نمونه ای از این نوع مبدل را نشان می دهد

 

یکی از مزیت های این نوع از مبدل های حرارتی خاصیت تمیز شدن خودکار است. در مبدل های حرارتی زمانی که فشار افت می کند امکان ته نشین شدن مواد و رسوبات وجود دارد. با جمع شدن این مواد روی هم مسیر تنگ تر شده و سرعت سیال افزایش می یابد و یک نیروی درگ در جهت مخالف ایجاد می شود ، این خود باعث بلند کردن رسوبات از سطح، و تمیز شدن داخل مبدل می شود.

مبدل حلزونی
Spiral heat exchanger، مبدل های حرارتی حلزونی

مبدل های حرارتی جفت لوله ای (Double pipe heat exchanger):

این مبدل که بنام مبدل لوله-پره نیز معروف است، زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که حرارت یکی از دو سیال تفاوت بیشتری نسبت به جریان حرارت دیگری داشته باشد، در چنینی حالتی اضافه کردن تعدادی پره به لوله داخلی، مقاومت سیال در برابر جریان حرارت را از بین می برد. مبدل جفت لوله از یک لوله درورن لوله دیگر تشکیل شده که هر دو لوله دارای یک خم برگشتی می باشند.لوله داخلی از پره پر شده و لوله خارجی بصورت یک پوسته عمل می کند.

 

 

مبدل های حرارتی جفت لوله ای
مبدل های حرارتی جفت لوله ای (Double pipe heat exchanger)

مبدل های حرارتی خنک شونده بوسیله هوا:

این نوع مبدل ها کاملا با سایر مبدل ها متفاوت هستند، از این جهت که در این نوع مبدل ها ماده خنک کننده بجای مایع هوا است. همانطور که در شکل دیده می شود، یک واحد ایرکولر شامل قسمتهایی از قبیل مجموعه لوله و پره همراه با یک قوطی سرپوش، به هر انتها متصل می شود که بوسیله یک سازه یا بدنه فولادی بصورت افقی ساپورت می شود.

 

مبدل های خنک شونده بوسیله هوا

در این مقاله تنها به آشنایی انواع مختلف مبدل های حرارتی از نظر شکل ظاهری پرداختیم. هر کدام از این مبدل ها بسته به نوع حرکت سیال، نوع سیال، وررودی و خروج ها و کاربرد ها دارای انواع مختلفی هستند. که بسته به نیاز طراح از آنها استفاده می شود.

استفاده از این محتوا با ذکر منبع و لینک مستقیم به مقاله مجاز است.

دیدگاهتان را بنویسید

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

فارسی