بخشی از مقاله
چکیده
مبدلهای حرارتی صفحهای پرهدار به عنوان یکی از فشردهترین و پربازدهترین مبدلهای حرارتی موجود در صنعت است. ویژگیهایی نظیر بازده حرارتی بالا، فشردگی ساختاری، وزن کم و هزینههای نصب، راه اندازی و عملیاتی کم این نوع مبدلها را از سایر انواع مبدلها متمایز ساخته است. راندمان بالای مبدلهای حرارتی بر سودآوری و اقتصادی شدن فرآیند تولید، تأثیر بسزایی دارد. نسبت سطح به حجم در این نوع مبدلها در حدود 1000 - 1500 متر مربع بر متر مکعب است که در مقایسه با نسبت سطح به حجم مبدلهای پوسته و لوله با میزان 40 تا 70 متر مربع بر متر مکعب قابل مقایسه نیست.
این نوع مبدل از تعداد زیادی صفحات افقی و موازی باهم تشکیل شدهاند که در بین آنها سطوح میانی یا ثانویه انتقال حرارت که صطلاحاً پره نامیده میشود، قرار میگیرد. وجود پرهها در این مبدلها جهت فرآهم آوردن سطوح گسترده بوده و سبب افزایش سطح انتقال حرارت و بازده حرارتی میشوند. از ویژگی های منحصر به فرد این نوع مبدل قابلیت پشتیبانی از بیش از 12 جریان فرآیندی و قابلیت کارکرد در تقارب دمایی پایین است. کاربرد اصلی مبدل های حرارتی صفحهای پرهدار به طور گسترده در فرآیندهای کرایوژنیک نظیر تولید گازهای صنعتی و مایعسازی گازهای فرآیندی نظیر گاز طبیعی مایع و همچنین فرآیندهای غیر کرایوژنیک نظیر صنایع پتروشیمی است. در تحقیق حاضر به دلیل بازده بالا و کاربرد وسیع به بررسی جز به جز این مبدل به همراه تشریح ساختار این مبدل پرداخته و ویژگیهای منحصر به فرد این مبدل نظیر وزن کم، فشردگی زیاد، بازده بالا و ... معرفی میگردند.
-1 مقدمه
مبدلهای حرارتی صفحه ای پرهدار، به عنوان یکی از پر بازدهترین انواع مبدلهای حرارتی شناخته میشوند. طراحی و ساخت مبدلهای حرارتی صفحهای پرهدار نخستین بار در سال 1961 توسط لنفاستی صورت پذیرفت.[1] این مبدل زمانی که محدودیت فضا وجود دارد، ترجیح داده می شود.[2,3] این مبدل به عنوان یکی از انعطافپذیرترین انواع مبدل شناخته شده که قابلیت پشتیبانی از 12 جریان فرآیندی و 4 سطح دمایی مختلف را همزمان در یک پوسته دارا است.[4]
یکی از مهمترین خصوصیات این نوع مبدل داشتن ساختار فشرده - نسبت سطح به حجم بالا - میباشد. افزایش نسبت سطح به حجم در ساختار مبدل های حرارتی به منظور افزایش میزان انتقال حرارت و در نتیجه افزایش بازده این تجهیزات صورت میگیرد. همچنین این امر موجب کاهش سطح تبادل حرارت با محیط بیرونی و به تبع آن به حداقل رساندن نشت حرارتی میگردد.[5,6] از سوی دیگر طراحی این توع مبدل حرارتی باید به گونهای باشد که کمترین میزان اصطکاک و در نتیجه آن حداقل افت فشار را در جریانات فرآیندی ایجاد کند.
[4,5] تمامی این مسائل به همراه ویژگیهای منحصر به فردی از جمله دمای عملیاتی پایین این مبدلها - محدوده دمایی کرایوژنیک - ، ویژگی های خاص سیالات فرآیندی گذرنده از آنها، لزوم به حداقل رساندن نشت حرارت و ... مبدلهای کرایوژنیک را از سایر مبدل های حرارتی متمایز میسازد.[2,5,7,8] مبدل صفحهای پره دار آخرین نسل از مبدلهای حرارتی کرایوژنیک میباشد که دارای مزایایی همچون بازدهی بالا، رسیدن به تقارب دمایی پایین، نسبت سطح به حجم بالا و قابلیت پشتیبانی از چند جریان سیال به طور همزمان در یک واحد میباشد. لذا در این مقاله ساختمان کلی، آرایش جریانها، انواع پره مورد استفاده، الزامات مهم در طراحی مکانیکی مبدل حرارتی صفحهای پرهدار و ویژگیهای منحصر به فرد این نوع مبدل تحت عنوان مزایا و معایب توضیح داده میشود.
-2 تشریح ساختار کلی مبدل حرارتی صفحهای پرهدار
مبدل حرارتی صفحهای پرهدار از یک هسته واحد متشکل از تعداد مشخصی از لایهها با پرههای موجدار تشکیل شده است. ساختمان این مبدل، از دو سطح مسطح آلومینیومی که مابین آنها صفحه آلومینیوم موجدار به عنوان پره قرار گرفته، تشکیل شده است. کنارههای هر لایه با ستونهای آلومینیومی مسدود میگردد. جهت ایجاد یک هسته منسجم کل مجموعه لایهها در کورههای خلأ لحیمکاری میشوند. مطابق شکل1 الف اندازه یک مبدل صفحهای پرهدار توسط سه بعد عرض - - W، ارتفاع - - H و طول - - L بیان میشود.
شکل 1 ب ساختمان این نوع مبدل را قبل از عملیات لحیمکاری نشان میدهد7]،9،.[10 شکل 2 الف ساختمان عمومی این مبدلها را نشان می دهد که با استفاده از لحیم کاری لایههای مختلف این مبدل به هم متصل شدهاند. اجزای فرعی این مبدل شامل سطوح توزیعکننده جریان و مجراهای ورود و خروج است. سطوح توزیعکننده جریان وظیفهی هدایت سیال به درون کانال ها و همچنین انتقال سیال از کانالها به مجراهای ورود و خروج سیال را بر عهده دارند. مجراهای ورود و خروج نیز وظیفه ی عبور سیال به داخل و خارج از مبدلحرارتی را انجام میدهند.[4,11-13] هسته های مبدل حرارتی صفحه ای پرهدار میتواند بصورت چندگانه با آرایش موازی یا سری کنار هم قرارگیرند که این نوع مبدل ها را منیفلد1 گویند. شکل 2 ب ساختمان مبدل منیفلد موازی را نشان میدهد.
