انواع مبدل حرارتی و کاربردهای آن

انواع مبدل حرارتی و کاربردهای آن چیست؟

انواع مبدل حرارتی و کاربردهای آن از جمله موضوعاتی هست که باید جزو حداقل هایی باشد که یک مهندس در حوزه سیالات باید آموزش ببیند. مبدل‌های حرارتی جزو تجهیزات پرکاربرد انتقال حرارت هستند که اساس کار آن‌ها انتقال حرارت بین دو یا چند سیال در جریان است . که توسط تجهیزات مکانیکی (مانند لوله ، پوسته ، صفحه و..) از یکدیگر جدا شده اند . مبدل‌های حرارتی دارای کاربرد‌های گسترده صنعتی و خانگی هستند  بسیاری از مبدل های حرارتی برای سیستم های بخار ، پلنت شیمیایی ، گرمایش و خنک کننده و صنایع غذایی ، صنایع نفت و گاز ، سیستم های تهویه مطبوع ، سیستم ها ی گرمایش و …..  طراحی و  مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیستم کلی کارکرد انواع مبدل حرارتی و کاربردهای آن

مبدل‌های حرارتی انواع مختلفی دارند . این مبدل ها میتوانند به صورت مستقیم یا غیر مستقیم برای انتقال حرارت سیالات مختلف به کار رود. معمولا مبدل های حرارتی به صورت غیر مستقیم با استفاده از تجهیزات پوسته و لوله یا تجهیزات مکانیکی فلزی صورت میگیرد. دلیل استفاده از موارد فلزی برای انتقال حرارت بهتر و همچنین مقاومت بیشتر در مقابل خوردگی و فشار و صدمات مکانیکی است . مکانیزم انتقال حرارت آن ها در همه مبدل های حرارتی تقریبا شبیه به هم است . انواع مبدل حرارتی به ترتیب زیر است:

• پوسته و لوله Shell & Tube
• نوع صفحه ای Plate Exchanger
• هوا خنک Air cooled
• دو لوله ای یا Double Containment
• اختلاطی یا Mixing Exchanger

در ادامه به معرفی انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوه میپردازیم.

مبدل حرارتی نوع پوسته و لوله Shell & Tube

تصویر زیر سیستم کار یک مبدل حرارتی پوسته و لوله است که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم .

مبدل حرارتی پوسته و لوله به صورت کلی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است:

1. دسته لوله
2. پوسته
3. کلگی ها

دسته لوله یا Tubesheet & Bundle به مجموعه بفل ها ، تیوب ها ، پیچ های نگه دارنده و صفحه لوله ها گفته می‌شود. این گروه در داخل پوسته قرار میگیرد و با کلگی ها بسته می‌شود. پوسته در واقع نگهدارنده دسته لوله است که کلگی به آن متصل میشود. معمولا یکی از سیال ها در داخل پوسته قرار داده می‌شود. کلگی ها در واقع به قسمت هایی که سمت ابتدا یا انتهای مبدل را میبندند گفته می‌شود. به طور کلی طبق استاندارد TEMA انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله به صورت یکی از انواع زیر ساخته می‌شود.

مزیت‌های کلی مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله

• ساخت راحت تر
• قیمت پایینتر نسبت به باقی مبادله کن های حرارتی
• تعمیر و نگهداری راحت تر
• تنوع در ساخت
• قیمت تموم شدن پایینتر

ضعف‌های مبادله کن های حرارت پوسته و لوله

• فضای بیشتری را نسبت به مبدل های حرارتی دیگر می‌گیرد.
• حمل و نقل آنها سخت تر است.

مبدل های پوسته و لوله از لحاظ جنس به چند دسته تقسیم می‌شوند

• مسی یا آلیاژهای مس (ماند Copper-Niccle)
• مبدل های حرارتی استیل یا آلیاژهای استیل
• مبدل حرارتی لوله تیتانیوم

کارگاه تولید مبدل پوسته و لوله

مبدل حرارتی صفحه ای Plate Heat Exchanger

مبدل حرارتی صفحه ای ، نسبت به مبادله کن های حرارت پوسته و لوله جدیدتر است. این نوع مبادله کن های گرما به خاطر وجود صفحه های خاص و سطح حرارتی بالایی که در فضای بسیار کوچکی جا داده شده است ، بسیار ابعاد کوچکتری نسبت به مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارد. این نوع مبدل ها معمولا برای صنایع غذایی و شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد.

مبدل حرارتی دو لوله ای :

مبدل های حرارتی دو لوله ای یا double pipe heat exchanger ساده ترین نوع مبدل‌های حرارتی در صنعت هستند . عملکرد این مبدل‌ها به این صورت است که دو لوله هم مرکز با اندازه‌های مختلف درون یکدیگر قرار گرفته‌اند . سیال اول از درون لوله اول عبور کرده و سیال دوم هم در فضای بین لوله اول و پوسته (یا همان لوله دوم) جریان می‌یابد و انتقال حرارت بین این دو سیال رخ می‌دهد .

در مبدل های دو لوله ای ، سیالات به دو صورت (هم جریان ) و (غیرهم جریان ) با یکدیگر تبادل حرارت می‌کنند . ساخت این مبدل ها به هر دو صورت هم جریان و غیر هم جریان انجام میشود ولی راندمان آن در حالت غیر هم جریان بالاتر است . تصویر زیر سیستم کار این مبدل ها را در هر دو حالت به صورت ساده نمایش می‌‌دهد .

مبدل حرارتی اسپیرال یا حلزونی (spiral heat exchanger)

مبدل حرارتی اسپیرال یا همان حلزونی یکی از انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله است . این مبدل‌ها از یک پوسته و یک سری لوله که به صورت مارپیچ قرار گرفته‌اند متشکل هستند. مبدل‌های حرارتی اسپیرال در صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی ، صنایع فولادی ، خمیر کاغذ و کاغذ سازی ، فرآوری های معدنی، صنایع دارویی، در تصفیه خانه ها و …. کاربرد دارد. از جمله مزیت های این مبدل های حرارتی می توان به ضریب بالای انتقال حرارت، اشغال کردن فضای بسیار کم ، افت فشار کم اشاره نمود.

در طراحی این مبدل ها، یکی از فاکتورهای مهم، نوع الگوی جریان در مبدل است چهار الگوی اصلی جریان برای مبدل‌های حرارتی وجود دارد:

• Cocurrent flow (جریان موازی)
• Countercurrent flow (جریان مخالف)
• Crossflow (جریان عمود)
• Hybrid flow (جریان ترکیبی)

مبادله کن های گرما از لحاظ انتقال جریان به صورت Cocurrent Flow

مبدل‌های حرارتی جریان موازی ، دستگاه‌های تبادل گرما هستند که در آنها مایعات به موازات و هم جهت یکدیگر حرکت می کنند. اگرچه این پیکربندی به طور معمول بازده کمتری نسبت به آرایش جریان مخالف دارد ، اما همچنین بیشترین یکنواختی حرارتی را در دیواره مبدل های حرارتی فراهم می کند.

مبادله کن های گرما از لحاظ انتقال جریان به صورت Countercurrent flow

مبدل های حرارتی جریان مخالف ، به گونه ای طراحی شده‌اند که مایعات در داخل مبدل حرارتی خلاف یک دیگر حرکت می‌کنند. جریان مخالف معمولاً بالاترین بازده را نشان می دهد زیرا بیشترین انتقال گرما بین مایعات و در نتیجه ، بیشترین تغییر دما را امکان پذیر می کند.

مبادله کن های گرما از لحاظ انتقال جریان به صورت Crossflow

در مبدل های حرارتی جریان متقاطع ، مایعات عمود بر یکدیگر جریان می‌یابند کارایی مبدلهای حرارتی که از این پیکربندی جریان استفاده می کنند بین مبدلهای حرارتی جریان مقابل و جریان موازی قرار می گیرد.

مبادله کن های گرما از لحاظ انتقال جریان به صورت Hybrid flow

مبدل‌های حرارتی جریان ترکیبی دارای چند الگوی جریان هستند. به عنوان مثال ، در طراحی مبدل‌های حرارتی می توان از چندین گذر جریان و ترتیب استفاده کرد (به عنوان مثال ، ترتیب جریان متقاطع و جریان مخالف) در یک مبدل حرارتی واحد

برای خرید از دیگر محصولات ما به سایت تجهیزستان مراجعه کنید!