close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
مبدل های حرارتی

انجمن علمی مهندسی صنایع شیمیایی

نویسندگان

نظرسنجی

مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی

انواع مبدل های حرارتی بر اساس نوع ساختمان و نحوه عملکرد :

1-مبدل های حرارتی لوله ایtube" heat exchanger-"

این نوع از مبدل ها که در صنعت کاربرد بیشتری دارند خود به چند دسته ی مختلف تقسیم بندی می شوند :

1-تک لوله ای

2-دولوله ای

3-لوله مار پیچ

4-چند لوله ای

5-لوله پوسته

مبدل ها ی حرارتی

انواع مبدل های حرارتی بر اساس نوع ساختمان و نحوه عملکرد :

1-مبدل های حرارتی لوله ایtube" heat exchanger-"

این نوع از مبدل ها که در صنعت کاربرد بیشتری دارند خود به چند دسته ی مختلف تقسیم بندی می شوند :

1-تک لوله ای

2-دولوله ای

3-لوله مار پیچ

4-چند لوله ای

5-لوله پوسته

 

مبدل حرارتی دو لوله ای Double tube" heat exchanger-"

ساده ترین نوع مبدلی که در صنعت ساخته می شود مبدل حرارتی دو لوله ای است که به آن مبدل سنجاق سری نیز گفته می شود . که از دو لوله ی هم محور و به شکل U تشکیل شده است . در این نوع مبدل یکی از سیال ها از درون لوله و سیال دیگر از مجاری بین دو لوله عبور می کند و به این ترتیب عمل انتقال حرارت صورت می پذیرد .

 

از مزایای این نوع مبدل ها می توان به ساخت آسان و هزینه نسبتا کم ، محاسبات و طراحی آسان ، کنترل ساده جریان های سیال در دو مسیر ، نگهداری و تمیز کردن آسان و کاربرد در فشارهای زیاد اشاره کرد .

در صنعت معمولا برای سیالاتی که رسوب زا هستند از این نوع مبدل ها استفاده می شود .

 

مبدل های حرارتی لوله مارپیچ ("hellflow splral" heat exchanger)

این نوع ازمبدل های حرارتی از یک یا چند حلقه لوله مارپیچ تشکیل شده اند که ابتدا وانتهای این لوله مارپیچ به لوله اصلی ورودی و خروجی متصل می شود و محفظه ای اطراف آن را می پوشاند . معمولا جنس لوله های مارپیچ از فولاد کربن دار یا مس و آلیاژ های آن یا فولاد زنگ نزن و آلیاژهای نیکل می باشد .

معمولا ابعاد این دسته از مبدل ها در مقایسه با سایر مبدل های لوله ای کمتر است زیرا انتقال حرارت در مسیر های منحنی و پیچ دار بیشتر از مسیر مستقیم است .

 

 

 

از معایب و مزایای این نوع از مبدل ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

 

معایب :

1-به دلیل کوچک بودن لوله مار پیچ تعمیر و جوشکاری آنها مشکل و زمان بر است

2- بدلیل مارپیچ بودن لوله ها تمیز کردن انها عملا مشکل است

مزایا :

1-راندمان بالا

2-مونتاژ آسان

3-مقاومت مکانیکی در مقابل انبساط و انقباض

4-مناسب برای دبی های کم و بارهای حرارتی پایین

 

 

مبدل های حرارتی لوله _ پوسته ("shell & tube" heat exchanger)

متداولترین و پرکاربردترین نوع مبدل های حرارتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد مبدل های حرارتی لوله- پوسته می باشد که برای کاربرد های مختلف و در اندازه های گوناگون طراحی و ساخته می شود .از این نوع مبدل ها به منظور تبخیر یک مایع یا کندانس کردن یک بخار و یا انتقال حرارت بین دو مایع استفاده می شود . اجزای تشکیل دهنده یک مبدل حرارتی لوله- پوسته عبارتند از :

لوله ، صفحه لوله ، پوسته ، سر جلو ، سر عقب وصفحات نگهدارنده (بافل ها)

 

این نوع از مبدل ها از تعداد زیادی لوله حاوی سیال که بخش خارجی آن با سیال دیگر در تماس می باشد تشکیل یافته و عمل انتقال حرارت از طریق سطح واسط که همان بدنه یا جداره لوله است امکان می پذیرد پس باید جنس لوله ها به گونه ای انتخاب گردد که علاوه بر استقامت ، رسانای خوب گرما نیز باشد .

 

در مبدل های لوله-پوسته معمولا دو صفحه از جنس فلز در ابتدا و انتهای مبدل قرار می گیرد که به تعداد لوله های داخل مبدل بر روی این ورقه ها سوراخ ایجاد شده است و این لوله ها به صفحه لوله از طریق جوش یا به طریقه مکانیکی متصل شده اند .

 

دو سر مبدل یعنی سر جلویی و عقبی مبدل به گونه ای طراحی و ساخته می شود که سیال از یک سر مبدل وارد شده و به سمت ورودی لوله ها هدایت شود و پس از عبور از لوله ها وارد سر عقبی شده و در آنجا جمع آوری گردد.

سیالی که از میان پوسته عبور می کند باید به گونه ای هدایت شود که در طی مسیر بیشترین تماس را با سطح خارجی لوله ها برقرار نماید و فرآیند انتقال حرارت به بهترین شکل صورت پذیرد . برای دستیابی به این هدف از قطعه ای به نام بافل استفاده می شود . بافل ها به دو منظور در مبدل ها مورد استفاده قرار میگیرند. هدایت سیال و نگهداشتن لوله ها برای جلوگیری از لرزش و جابجایی . با نصب بافل ها جریان عبوری سیال در پوسته تقریبا عمود بر جریان عبوری سیال داخل لوله ها می شود که این امر موجب افزایش انتقال انرژی حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان کار می گردد .

 

_ مبدل های حرارتی صفحه ای plate heat exchanger

این نوع مبدل ها از ورق های نازک صاف یا موجدار و به صورت مسطح و استوانه ای ساخته می شوند و بیشتر برای حالت مایع- مایع به کار می روند . که خود به به سه دسته صفحه و شاسی ، مارپیچی و صفحه کویل تقسیم بندی می شوند . در اینجا نوع صفحه شاسی بررسی مشود :

مبدل حرارتی صفحه و شاسیplate & farme heat exchanger

این نوع مبدل از تعدادی صفحه نازک و مستطیل شکل که می توانند از جنس پلاستیک و یا فلز باشند تشکیل یافته که بصورت موازی در کنار هم قرار گرفته و بین آنها مجاری سیال وجود دارد، سیال گرم و سرد به صورت یک در میان از بین صفحات عبور کرده عمل انتقال حرارت صورت می گیرد . بدلیل محدودیت دما و فشار برای دما و فشار های بالا مناسب نیستند از این نوع مبدل ها به منظور انتقال حرارت در زمان بسیار پایین استفاده میشود و این به دلیل نسبت سطح به حجم بالایی است که این مبدل دارد . از این نوع مبدل ها معمولا در صنایع غذایی استفاده می شود .

 

 

مبدل های حرارتی پره دار

در مواردی که لازم است حجم و وزن مبدل کم ودر عین حال بازده مبدل بالا باشد از مبدل های پره دار استفاده میشود .

مبدل حرارتی صفحه پرهflat plate exchanger

در مبدل های صفحه پره در طرف مجاری عبوری هر کدام از سیال ها بین دو صفحه برای افزایش سطح تماس پره هایی قرار می گیرد .این پره ها موجب افزایش سطح تماس و در نتیجه انتقال حرارت بیشتر می شوند . علاوه بر آن پره ها موجب افزایش مقاومت مکانیکی و افزایش توان مبدل در تحمل فشار ها ی بالا می گردد.

این نوع از مبدل ها در تهویه ی مطبوع ، پیش گرم کن های هوا و بازیاب در توربین های گازی استفاده می شود .

برنامه هاي HTFS
نرم افزارهاي مجموعه HTFS عمدتاً براي طراحي انواع تجهيزات انتقال حرارت به كار مي روند. اين مجموعه از تعدادي نرم افزار قدرتمند كه زمينه هاي فني زير را پوشش مي دهند تشكيل شده است :



- مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله
- خنك كننده هاي هوايي
- مبدلهاي حرارتي صفحه اي
- مبدلهاي حرارتي صفحه اي – پره دار
- مبدلهاي حرارتي براي تهويه مطبوع و بازيافت حرارت
- مبدلهاي حرارتي نيروگاهي
- كوره ها

نرم افزارهاي HTFS به صورت پيوسته بر طبق نياز كاربر و آخرين نتايج تحقيقاتي تكميل و به روز مي شوند.
نرم افزارهايي كه در اين مجموعه قرار مي گيرند عبارتند از :

TASC، طراحي حرارتي، بررسي عملكرد و شبيه سازي مبدلهاي پوسته و لوله
نرم افزار توانمند و جامع براي محاسبات مهندسي در خصوص كاربردهاي مختلف مبدلهاي پوسته و لوله است، از جمله در گرمايش و سرمايش بدون تغيير فاز، ميعان در كندانسورهاي ساده يا همراه با خشكي زدايي (desuperheating) فراسرد سازي (subcooling)، كندانسورهاي چند جزئي و پاره اي، جوش آورها، تبخيركننده هاي از نوع falling-film و مبدلهاي پشت سرهم چند پوسته و چند فازي براي تبادل حرارت ميان خوراك و محصولات كاربرد دارد.

اتصال اين نرم افزار به برنامه شبيه ساز HYSYS و تبادل دوطرفه اطلاعات به صورت زنده و فعال، از ويژگي هاي برجسته آن است.

FIHR، شبيه سازي كوره ها با سوخت گاز و مايع
ابزاري توانا براي شبيه سازي انتقال حرارت و افت فشار در كوره هايي است كه با سوخت مايع يا گاز كار مي كنند. از لحاظ هندسي حالت هاي متنوعي شامل محفظه هاي استوانه اي يا جعبه اي، تكي يا دوقلو و حاوي لوله هاي عمودي، افقي يا مركزي و مجهز به سيستم باز يا گردشي گازهاي حاصل از احتراق، همگي قابل شبيه سازي است. از نظر فرايندي نيز جريانهاي ورودي تك فاز يا دو فازي با چند بار گذر قابل قبول هستند. در قسمت كنوكسيوني كوره، امكان نصب 9 دسته لوله به صورت مجزا با لوله هاي ساده يا پره دار يا شمع دار وجود دارد. اين برنامه به شبيه سازها و بانك هاي اطلاعاتي خواص فيزيكي متصل مي شود. خروجي FIHR در قالب استاندارد API و همراه با نقشه كوره ها است.

MUSE، شبيه سازي مبدلهاي صفحه – پره (plate-fin)
اين نرم افزار مي تواند انواع مبدلهاي صفحه – پره كه در جداسازي اجزاي هوا و صنايع نفت، گاز و پتروشيمي به كار مي روند را شبيه سازي كند. MUSE مي تواند تا 15 جريان فرايندي تك فاز و در حال جوشش يا ميعان را بررسي كند. از لحاظ هندسي نيز هر نوع پيچيدگي نقاط ورودي و خروجي مانند جوش آورهاي ترموسيفون و مبدلهاي با جريان متقاطع در آن قابل قبول است.

PIPE، طراحي، پيش بيني و بررسي عملكرد خطوط لوله
با بهره گيري از اين نرم افزار، مي توان عملكرد سيستم خطوط لوله حاوي سيالات تك فاز يا دو فازي را در حالت يكنواخت شبيه سازي كرد. افزون بر لوله ها، انواع اتصالات مانند زانويي ، كاهش يا افزايش ناگهاني قطر، شيرهاي توپي، پروانه اي، كروي و دروازه اي، اريفيس و روزنه ها و هر نوع عامل نامشخص افت فشار را مي توان در نرم افزار PIPE مدلسازي كرد.

TICP، محاسبه عايقكاري حرارتي
از اين نرم افزار در شبيه سازي انواع عايق بندي استفاده مي شود. اين نرم افزار جامع مجموعه اي از استانداردها و خصوصيات عايق هاي مختلف متعارف است و مي تواند انواع محاسبات مانند تعيين ضخامت بهينه عايق، محاسبه پروفيل دما، ارزيابي خواص حرارتي و برآورد هزينه ها را انجام دهد.


ACOL، شبيه سازي و طراحي مبدلهاي حرارتي هواخنك
از اين نرم افزار مي توان براي شبيه سازي مبدلهاي حرارتي هواخنك، واحدهاي بازيافت حرارت، تاسيسات و تهويه مطبوع، سرماسازي و تبريد و خنك كننده هاي ميان مرحله اي استفاده كرد. حالت هاي مختلفي مانند جريان اجباري، القايي و آزاد (بدون پنكه) جريان هوا يا هر نوع گاز در حالت گرمايش يا سرمايش در قسمت متقاطع با لوله ها و حالت هاي مختلفي مانند تك فاز، جوشش يا ميعان در طرف لوله ها قابل بررسي است. روش اختصاصي HTFS در طراحي مبدلهاي فرآيندي هواخنك به صورت تصويري و محاوره اي در ACOL گنجانده شده است. نوع گذر لوله ها را مي توان ساده يا پيچيده در نظر گرفت و لوله ها را نيز مي توان از نوع ساده يا پرده دار انتخاب كرد. اين برنامه به نرم افزارهاي انتخاب پنكه ها، شبيه سازها و بانك هاي داده هاي خواص فيزيكي متصل مي شود و در خروجي برگه هاي اطلاعاتي نوع API را ارائه مي كند.

FRAN، بررسي و شبيه سازي مبدلهاي نيروگاهي
از اين نرم افزار براي شبيه سازي عملكرد مبدلهاي پوسته و لوله كه براي گرم كردن آب تغذيه ديگ بخار به كار مي روند استفاده مي شود. جريانهاي گرم كننده بخار مراحل مختلف توربين ها با فشارهاي مختلف و بخار چگاليده هستند. در حالت، بررسي،سطح حرارتي مورد نياز به ازاي شرايط مشخص در هر قسمت مبدل محاسبه مي شود. در اين نرم افزار امكان بررسي و شبيه سازي با جزئياتي مانند تعداد مناطق درون گرمكن ها، نوع قسمت خنك كن آب خروجي ، عمودي يا افقي بودن مبدل، تعداد گذر لوله ها، نوع كلگي، جزئيات قسمت خشكي زدائي (desuperheating)، الگوي چيدن لوله ها و بسياري جزئيات ديگر فراهم آمده و بدين ترتيب نرم افزاري حرفه اي براي اين كار محسوب مي شود. توانايي ارزيابي ارتعاش از ديگر توانايي هاي اين نرم افزار است. خصوصيات آب و بخار به طور كامل در درون نرم افزار محاسبه مي شود.

 

پژوهشگران شرکت پژوهش و فن‌آوري پتروشيمي به دانش فني افزايش راندمان مبدل هاي حرارتي به وسيله نانوسيالات دست يافتند.

نتايج بررسي‌هاي انجام شده در اين پژوهش در زمينه انتقال حرارت نانوسيالات نشان مي‌دهد که استفاده از نانوسيالات سبب افزايش ضريب هدايت حرارتي و ضريب انتقال حرارت جابجايي نسبت به سيالات پايه مي‌شود. در مبدل‌هاي حرارتي پوسته و لوله به دليل عملکرد حرارتي بالاي نانوسيال نسبت به آب، مي‌توان از نانوسيال در فرآيندهاي گوناگون براي سرمايش و گرمايش استفاده ‌کرد؛ بدين ترتيب با افزايش انتقال حرارت مي‌توان دبي آب مصرفي را در بيشتر مواقع کاهش داد. اين امر مي‌تواند راه‌گشاي مشکل آب مصرفي و پساب توليدي صنايع بزرگ نظير صنعت نفت و به ويژه صنعت پتروشيمي باشد. هم‌چنين با افزايش انتقال حرارت مي‌توان ابعاد مبدلهاي حرارتي مورد استفاده در اين صنايع را کاهش داد. يکي از موانع موجود براي افزايش ظرفيت صنايع مختلف، عدم پاسخگويي دستگاه‌هاي حرارتي در ظرفيت‌هاي بالاتر است. علاوه بر اين، افزايش ظرفيت، افزايش افت فشار را به دنبال دارد كه اين مساله يکي از مهمترين محدوديت‌ها در صنايع بزرگ به ويژه صنعت پتروشيمي به شمار مي‌رود. روش‌هاي متداول افزايش انتقال حرارت به شدت سبب افزايش افت فشار نيز مي‌شوند. براساس نتايج اين تحقيق كه به ادعاي مجريان طرح براي نخستين بار در دنيا انجام شده است، مي‌توان با استفاده از نانوسيالات خاص، راندمان حرارتي مبدل‌هاي حرارتي را که از مهمترين دستگاههاي حرارتي به کار رفته در صنايع است به طور چشمگيري افزايش داد و اين در حالي است که افت فشار نيز کاهش قابل ملاحظه‌اي پيدا مي‌کند. به گفته آنها، نتايج اين تحقيق مي‌تواند تحول شگرفي در صنايع مختلف از ديدگاه‌هاي محيط زيست، انرژي، افزايش ظرفيت و اقتصادي ايجاد كند. توجه به محدوديت سوخت‌هاي فسيلي در دنيا موجب شده است که امروزه موضوع بهينه‌سازيِ مصرف انرژي در واحدهاي فرآيندي، بيش از پيش مورد توجه قرار‌گيرد. در فرآيندهاي شيميايي، مهم ترين بخشي که مستقيماً با مصرف انرژي ارتباط مي‌يابد، مبدل‌هاي حرارتي مي‌باشد. امروزه تلاش بسياري در جهت افزايش شدت انتقال حرارت و يا کوتاه كردن زمان انتقال حرارت در مبدل‌ها صورت مي‌گيرد. استفاده از پره‌ها (براي افزايش سطح انتقال حرارت) و ساير فن‌آوري‌هاي موجود از روش‌هايي هستند که در افزايش انتقال حرارت به کار مي‌روند؛ اما اين روش‌ها پاسخگوي نياز به انتقال حرارت بالا در صنايع مختلف نيستند و علاوه بر آن سبب افزايش افت فشار هم مي‌شوند. در نتيجه بايد به روش‌هاي ديگري براي افزايش عملکرد حرارتي در اين صنايع متوسل شد. سيالات متداول در انتقال حرارت مانند آب، اتيلن گليکول، روغن موتور و غيره نقشي حياتي در فرآيندهاي انتقال حرارت در صنعت ايفاء مي‌کنند. اين سيالات به طورکلي داراي خواص انتقال حرارت ضعيفي در مقايسه با اکثر جامدات هستند و همين امر سبب ايجاد مشکلات فراواني در طراحي مبدل‌هاي حرارتي و فشرده ساختن آنها شده ‌است. پيشرفت‌هاي اخير در معلق ‌كردن ذرات فوق‌العاده ريز جامد در سيالات، به عنوان راهبردي جديد در عمليات انتقال حرارت مطرح شده ‌است. انواع مختلفي از ذرات جامد شامل ذرات فلزي و اکسيد فلزات به سيالات جهت تشکيل سوسپانسيون افزوده مي‌شوند تا عملکرد حرارتي آنها را بهبود بخشند. با اين وجود اين سوسپانسيون‌هاي معمولي که حاوي ذرات معلق ميليمتري و ميکرومتري هستند با مشکلات تهنشيني ذرات، سايش تجهيزات، گرفتگي کانالها و افت فشار زياد مواجه هستند.

نانوسيال به محلول سوسپانسيوني اطلاق مي‌شود که ذرات فوق‌العاده ريز (کوچکتر از 100 نانومتر) در سيالي خالص به حالت تعليق درآورده شده‌ باشند. اين نانوذرات از جنس فلز و يا اکسيد فلزات هستند و اغلب کروي شکل و يا استوانه‌يي مي‌باشند. اين سوسپانسيون‌ها سري جديدي از سيالات واسط حرارتي هستند که از معلق كردن ذرات بسيار ريز در مايعات متداول مانند آب و اتيلن‌ گليکول به دست آمده‌اند و عملکرد حرارتي سيالات پايه را افزايش مي‌دهند. گفتني است، تاکنون رفتار حرارتي نانوسيالات در مبدل‌هاي حرارتي پوسته و لوله بررسي نشده است و بسياري از نتايج به دست آمده در زمينه انتقال حرارت نانوسيالات، در مورد دو شرط مرزي شار حرارتي ثابت و دماي ثابت در ديواره و در هندسه‌هاي مختلفي همچون لوله‌ها و کانال‌ها به دست آمده‌اند. در مبدل‌هاي حرارتي، شرط مرزي حرارتي واقعي، متفاوت است بدين معني که هيچ يک از شروط مرزي ياد شده وجود ندارد و دماي ديواره و همچنين شار حرارتي در طول مبدل تغيير مي‌کند


ارسال دیدگاه جدید
نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی