بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
مقدمه
مبدل های حرارتی برای انتقال حرارت موثر بين دو سيال (گاز يا مايع) به ديگری استفاده می گردند.
در مبدل های حرارتی دو سیال با دمای متفاوت وجود دارد که این دستگاه شرایطی را فراهم می آورد تا تبادل گرما میان دو سیال بر قرار شود. معمولا مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو ، مورد استفاده قرار می گیرند.
اسلاید 2 :
مبدل حرارتی از طریق یک سطح واسط موجب انتقال انرژی میان دو سیال می شود . مبدل ها از نظر میزان سطح انتقال حرارت ( سطح واسط ) به دو نوع معمولی و فشرده تقسیم بندی می شوند . در صورتی که سطح انتقال حرارت بیشتر از 700 متر مربع بر متر مکعب باشد مبدل را فشرده می گویند.
مبدل های حرارتی در صنایع مختلف از جمله نیروگاه های برق ، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز و... بصورت گسترده به کار می روند .
مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور ، اواپراتور ، تبخیر کننده ها ، برج خنک کن ، پیش گرم کن فن کویل ، خنک کن و گرم کن روغن ، رادیاتور ها ، کوره ها و ... کاربرد فراوان دارد
کاربرد اصول انتقال حرارت در طراحی تجهیزات برای مقاصد خاص مهندسی اهمیت بسیار زیادی و هدف از به کارگیری اصول انتقال حرارت در طراحی، تلاش برای رسیدن به هدف توسعه تولید برای سوددهی اقتصادی است. در حقیقت دانستن نوع مبدل براساس سیال هایی که از آن عبور می کنند نقش مهمی در طراحی و محاسبات اقتصادی مبدل های حرارتی به دنبال خواهد داشت.
اسلاید 3 :
استاندارد های مرتبط
TEMA - که توسط انجمن توليد کنندگان مبدل های لوله ای (امريکا) تدوين شده است. برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای مورد استفاده قرار می گيرد.
API 660 - که توسط انجمن نفت امريکا تدوين شده است و برای طراحای و ساخت مبدل های پوسته لوله ای استفاده می گردند.
API 661 - که توسط انجمن نفت امريکا تدوين شده است و برای طراحای و ساخت مبدل های هوا خنک استفاده می گردند.
ASME Sec VIII - كه براي طراحي مكانيكي مبدل ها حرارتي فشار بالا استفاده مي گردد.
اسلاید 4 :
اسلاید 5 :
کاربرد مبدل های حرارتی :
به طورکلی مبدل های حرارتی یابرای گرمایش یا سرمایش جریان استفاده می شوند
مبدل های حرارتی سرد کننده :
- خنک کننده (Cooler):
در این نوع مبدل درجه حرارت بدون اینکه حالت سیال عوض شود کاهش می یابد . به عبارت دیگر قسمتی از گرمای محسوس سیال گرفته می شود . اگر عمل سرد کردن توسط آب صورت گیرد به آن کولر آبی (Water Cooler) می گویند و دارای ساختمان معمولی مبدل های حرارتی پوسته و لوله می باشد .
چگالنده (Condenser):
وظیفه این مبدل تبدیل بخار به مایع است و بر این اساس لازم است که گرمای نهان تبخیر یک بخار را جذب تا به مایع تبدیل شود . این مبدل می تواند ساختمان یکی از انواع خنک کننده های آبی یا هوایی را داشته باشد و معمولا" به طور افقی نصب می شوند .
اسلاید 6 :
سرد کننده (Chiller):
می دانیم هر مایعی که بخواهیم تبخیر شود احتیاج به انرژی حرارتی دارد و اگر این انرژی را از محیط بگیرد به ناچار محیط سرد خواهد شد ، در صنایع نفت برای تولید سرما از مایعات نفتی مثل پروپان و بوتان که در شرایط متعارفی بخارند استفاده می شود.
سرد کننده دارای ساختمان پوسته و لوله بوده و در قسمت فوقانی پوسته دارای فضایی جهت تبخیر پروپان می باشد. مایع پروپان از ته مبدل وارد و در اطراف لوله ها تبخیر و تولید سرما می کند .
مبدل های حرارتی گرم کننده :
تمام مبدل های حرارتی که وظیفه افزایش درجه حرارت مواد را به عهده دارند در حقیقت گرم کننده (Heater) می باشند . مانند جوشاننده ، تبخیر کننده ، کوره و ...
اسلاید 7 :
¢
¢
¢
¢- جوشاننده (Reboiler):
این مبدل بر خلاف تبخیر کننده (Vaporizer) ، تنها جزئی از کل مایع را که مورد نظر می باشد به حالت بخار تبدیل می کند. جوشاننده ها معمولا" دارای ساختمان لوله و پوسته و به قسمت پایین برج تفکیک متصل می شود .
اجزاء مختلف مبدل ها :
¢ لوله ها (Tubes) :
جنس ، تعداد ، قطر ، طول و ضخامت لوله ها به طبیعت سیال ( خورنده یا بی اثر ، تمیز یا کثیف و ... ) مقدار جریان سیال ، فشار و درجه حرارت سیال و بار حرارتی مبدل بستگی دارد . لوله ممکن است به صورت راست ( دو سر باز) یا به شکل U روی صفحه ای به نام Tube Sheet پرس یا جوش داده شوند . لوله ها معمولا" از جنس فولاد یا مس و گاهی نیز از گرافیت یا تفلون ساخته می شوند .
¢ پوسته (Shell):
جنس ، قطر ، ضخامت و حجم پوسته به طبیعت سیال ، مقدار جریان سیال ، فشار و درجه حرارت سیال و مشخصات دسته لوله (Tube Bundle) از نظر قطرو طول آن بستگی دارد. نوع کاربرد نیز تعیین کننده خواهد بود . از جمله پوسته مبدل های از نوع تبخیر کننده و همینطور جوشاننده دارای فضای تبخیر می باشند.
اسلاید 8 :
صفحه لوله (Tube Sheet):
صفحه ای دایره ای شکل که سر لوله ها روی آن قرار می گیرد ، جنس و ضخامت و قطر این صفحه به جنس لوله ها ، تعداد لوله ها و نوع مبدل حرارتی بستگی دارد. لوله ها ممکن است به آن جوش داده شده یا توسط فلانج به آن متصل باشد.
لوله ها عموما" با دو آرایش مربعی یا مثلثی روی صفحه لوله ها نصب می گردند . در آرایش مربعی کمترین مقاومت در مقابل جریان و در نتیجه حداقل افت فشار به وجود می آید . یکی از معایب آرایش مربعی قرار گرفتن نعداد کمتر لوله در یک سطح معین می باشد .
وقتی که آرایش لوله ها مثلثی باشد ،افت فشار جریان پوسته بیشترازوقتی است که آرایش مربعی باشد ، اما میزان انتقال حرارت در آرایش مثلثی بیشتر است .
اسلاید 9 :
¢
¢
¢کانال (Channel):
جریان سیال به داخل لوله ها از طریق کانال صورت می گیرد. تعداد یک یا دو کانال در هر مبدل موجود است . در مبدل های حرارتی چند گذره (Multipass) از یک صفحه تقسیم کننده جریان استفاده می شود تا کانال به دو یا چند قسمت تقسیم شود .
¢ تیغه (Baffle):
تیغه ها به شکل دایره برش خورده یا دیسک و حلقه (Disc & Ring) ساخته می شوند. برای افزایش زمان تبادل حرارتی بین لوله ها و سیال درون پوسته از تعداد معین و مناسبی تیغه استفاده می شود . تیغه ها در داخل پوسته قرار گرفته و لوله ها از میان سوراخ های آنها که به تعداد لوله ها می باشند عبور می کنند . این صفحات دو نقش عمده دیگر نیز به عهده دارند .
با ایجاد جریان های متقاطع مقاومت فیلمی تشکیل شده روی لوله ها را از بین برده و ضریب انتقال حرارت را بالا می برند . همینطور لوله ها را نگهداشته و از خم شدن آنها جلوگیری می کنند .
اسلاید 10 :
تیغه های طولی (Longitudinal Baffle):
گاهی اوقات برای تقسیم کردن جریان پوسته به دو یا سه گذر قرار می گیرند .
سر پوسته (Shell Head):
معمولا" به شکل نیمکره ساخته شده و به وسیله پیچ و مهره به پوسته وصل می شود و در مواقع لزوم برای بازرسی لوله ها برداشته می شود.
