11-08-2020, 03:33 AM
مبدل گرمایی
[list]
[*]زبان
[*]پی‌گیری
[*]ویرایش
[/list]
مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی (غلط مصطلح از مبادله‌کننده حرارتی)[۱] (به انگلیسی: Heat exchanger) دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود. از رایج‌ترین مبدلهای حرارتی رادیاتور خودرو و رادیاتور شوفاژ است.
مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
عموماً تجهیزات حرارتی در سیستم‌های فرایندی مثل پالایشگاه‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.
[list]
[*]کوره (Furnace)
[*]مبدل حرارتی (Heat Exchanger)
[/list]فرق کوره و مبدل حرارتی در منبع گرمایشی است، یعنی اینکه منبع گرمایشی در کوره سوخت‌های مایع و گازی است. در حالیکه در مبدل حرارتی منبع گرمایشی سیال گرم است.
در کوره با توجه به نوع منبع گرمایشی مکانیزم انتقال حرارت به صورت جابه‌جایی (Convection) و تشعشعی (Radiation) توأم است، حال آنکه مکانیزم انتقال حرارت در مبدل حرارتی فقط جابه‌جایی (Convection) است.
انواع مبدلهای حرارتیویرایش
![[تصویر: 300px-Countercurrent_conservator.svg.png]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/83/Countercurrent_conservator.svg/300px-Countercurrent_conservator.svg.png)
مبدل حرارتی چرخه حفاظتی دما
[list]
[*]مبدلهای هوا خنک
[*]مبدلهای پوسته و لوله
[*]مبدلهای صفحه‌ای
[*]مبدلهای کروی
[/list]تقسیم‌بندی مبدلهای حرارتیویرایش
مبدلهای حرارتی را می‌توان از جنبه‌های مختلف دسته‌بندی کرد:
[list]
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل
[/list]مبدل حرارتی بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرمویرایش
مبدلهای حرارتی نوع Recuperativeویرایش
در این نوع مبدل حرارتی سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده‌اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می‌گیرد. اکثراً مبدلهای حرارتی موجود در صنعت از این دسته هستند.
مبدل حرارتی نوع Regenerativeویرایش
در این نوع مبدل حرارتی، سطح جداکننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به‌طور متناوب قسمت‌هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می‌گیرند.
این نوع مبدل حرارتی بیشتر در مقیاس‌های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مبدلهای حرارتی نوع تماس مستقیمویرایش
در این نوع مبدل حرارتی، سیال سرد و گرم به‌طور مستقیم تماس حاصل نموده (هیچ دیواره ای بین جریان‌های سرد و گرم وجود ندارد) و تبادل انرژی یا حرارت انجام می‌گیرد.
در مبدلهای تماس مستقیم، جریان‌ها، دو مایع غیرقابل اختلاط یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل‌ها معمولاً از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند.
نمونه ای از این مبدل‌ها، برج‌های خنک کن، کولرهای آبی و گرم کن‌های Open Feed Water Heater موجود در نیروگاه‌های بخار می‌باشند.
انواع مبدلهای صفحه‌ایویرایش
صفحه‌ای حلزونیویرایش
![[تصویر: 250px-Spiral-heat-exchanger-schematic-wo...nd.svg.png]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/85/Spiral-heat-exchanger-schematic-workaround.svg/250px-Spiral-heat-exchanger-schematic-workaround.svg.png)
مبدل حرارتی حلزونی سیال گرم ۱ و سیال سرد ۲
با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه‌های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می‌شود. در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویه ایجاد می‌شود که انتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می‌دهد این نوع مبدلهای حرارتی بسیار فشرده هستند و طبعاً گران‌قیمت می‌باشند. سطح انتقال حرارت برای این مبدل‌ها در محدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشار کارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ سانتیگراد محدوده می‌شود. این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می‌شود.
لاملاویرایش
مبدل حرارتی نوه لاملا (ریمن) شامل مجموعه کانال‌های ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که به‌طور موازی جوشکاری شده‌است. به‌دلیل آشفتگی زیاد جریان توزیع یکنواخت جریان و سطوح صاف به سادگی رسوب نمی‌گیرند. این طرح از مبدل می‌تواند تحمل فشار تا ۳۵ بار و دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای تفلون و ۵۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای آزبست است.
صفحه‌ای واشردارویرایش
خصوصیات مکانیکی صفحه‌ای واشردارویرایش
یک مبدل حرارتی صفحه‌ای تشکیل شده‌است از صفحات ثابت، صفحات فشار دهنده و تجهیزات پنوماتیکی یا مکانیکی متعلقه و connection portsها. سطح انتقال حرارت از یک سری صفحات با مجاری ورودی و خروجی تشکیل می‌شود.
مزایای مبدلهای صفحه‌ایویرایش
[list]
[*]تنوع در طراحی صفحات و چیدمان شیارها و سایز و زوایا
[*]سطح انتقال حرارت با توجه به امکان در تغییر تعداد صفحات و شکل بندی آن به راحتی قابل وصول است.
[*]انتقال حرارت بهینه که به‌دلیل درهم بودن جریان و کوچکی قطر هیدرولیکی برای هر دو سیال عامل دارای ضریب انتقال حرارت بزرگ هستند.
[*]با توجه به فشردگی صفحات سطح انتقال حرات به حجم ارزشمند است.
[*]اتلاف حرارت بسیار ناچیز دارد و نیاز به عایقکاری ندارد
[*]در حالت خراب واشر لاستیکی دو سیال تحت هیچ شرایطی مخلوط نمی‌شوند.
[*]مبدلهای حرارتی صفحه‌ای به‌دلیل توربولانس جریان درصد بسیار کمی رسوب‌گذاری دارد.
[/list]مبدلهای صفحه‌ای به صورت ویژه‌ای فشرده هستند و در نرخ انتقال حرارت حرارت مشابه فضای محدودتری در مقایسه با مبدلهای لوله دارد ضمن اینکه حجم کم و وزن کمتر و به طبع آن هزینه‌های کمتر در ساخت و بهره‌برداری و نگهداری را به همراه دارد. البته این نوع مبدل مانند همه تجهیزات صنعتی دارای محدودیت‌هایی هستند.
منابعویرایش
[*]مقدمه‌ای بر مبادله کن‌های گرما (مبدلهای حرارتی)، دکتر سپهر صنایع، انتشارات دانشگاه علم و صنعت، چاپ 1392
[list=1]
[*]پایگاه اطلاع‌رسانی صنعت. «خوردگی مبدهای حرارتی در صنایع نفت گاز و پتروشیمی».
[/list]
[list]
[*]Perry, Robert H. and Green, Don W. (۱۹۸۴). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th Edition, McGraw-Hill
[*]Heat exchangers: selection ,rating and thermal design
[/list]
[list]
[*]زبان
[*]پی‌گیری
[*]ویرایش
[/list]
مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی (غلط مصطلح از مبادله‌کننده حرارتی)[۱] (به انگلیسی: Heat exchanger) دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود. از رایج‌ترین مبدلهای حرارتی رادیاتور خودرو و رادیاتور شوفاژ است.
مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
عموماً تجهیزات حرارتی در سیستم‌های فرایندی مثل پالایشگاه‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.
[list]
[*]کوره (Furnace)
[*]مبدل حرارتی (Heat Exchanger)
[/list]فرق کوره و مبدل حرارتی در منبع گرمایشی است، یعنی اینکه منبع گرمایشی در کوره سوخت‌های مایع و گازی است. در حالیکه در مبدل حرارتی منبع گرمایشی سیال گرم است.
در کوره با توجه به نوع منبع گرمایشی مکانیزم انتقال حرارت به صورت جابه‌جایی (Convection) و تشعشعی (Radiation) توأم است، حال آنکه مکانیزم انتقال حرارت در مبدل حرارتی فقط جابه‌جایی (Convection) است.
انواع مبدلهای حرارتیویرایش
![[تصویر: 300px-Countercurrent_conservator.svg.png]](https://fa.m.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:Countercurrent_conservator.svg)
مبدل حرارتی چرخه حفاظتی دما
[list]
[*]مبدلهای هوا خنک
[*]مبدلهای پوسته و لوله
[*]مبدلهای صفحه‌ای
[*]مبدلهای کروی
[/list]تقسیم‌بندی مبدلهای حرارتیویرایش
مبدلهای حرارتی را می‌توان از جنبه‌های مختلف دسته‌بندی کرد:
[list]
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین دو سیال سرد و گرم
[*]تقسیم‌بندی مبدل حرارتی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل
[/list]مبدل حرارتی بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرمویرایش
مبدلهای حرارتی نوع Recuperativeویرایش
در این نوع مبدل حرارتی سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده‌اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می‌گیرد. اکثراً مبدلهای حرارتی موجود در صنعت از این دسته هستند.
مبدل حرارتی نوع Regenerativeویرایش
در این نوع مبدل حرارتی، سطح جداکننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به‌طور متناوب قسمت‌هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می‌گیرند.
این نوع مبدل حرارتی بیشتر در مقیاس‌های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مبدلهای حرارتی نوع تماس مستقیمویرایش
در این نوع مبدل حرارتی، سیال سرد و گرم به‌طور مستقیم تماس حاصل نموده (هیچ دیواره ای بین جریان‌های سرد و گرم وجود ندارد) و تبادل انرژی یا حرارت انجام می‌گیرد.
در مبدلهای تماس مستقیم، جریان‌ها، دو مایع غیرقابل اختلاط یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل‌ها معمولاً از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند.
نمونه ای از این مبدل‌ها، برج‌های خنک کن، کولرهای آبی و گرم کن‌های Open Feed Water Heater موجود در نیروگاه‌های بخار می‌باشند.
انواع مبدلهای صفحه‌ایویرایش
صفحه‌ای حلزونیویرایش
![[تصویر: 250px-Spiral-heat-exchanger-schematic-wo...nd.svg.png]](https://fa.m.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:Spiral-heat-exchanger-schematic-workaround.svg)
مبدل حرارتی حلزونی سیال گرم ۱ و سیال سرد ۲
با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه‌های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می‌شود. در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویه ایجاد می‌شود که انتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می‌دهد این نوع مبدلهای حرارتی بسیار فشرده هستند و طبعاً گران‌قیمت می‌باشند. سطح انتقال حرارت برای این مبدل‌ها در محدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشار کارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ سانتیگراد محدوده می‌شود. این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می‌شود.
لاملاویرایش
مبدل حرارتی نوه لاملا (ریمن) شامل مجموعه کانال‌های ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که به‌طور موازی جوشکاری شده‌است. به‌دلیل آشفتگی زیاد جریان توزیع یکنواخت جریان و سطوح صاف به سادگی رسوب نمی‌گیرند. این طرح از مبدل می‌تواند تحمل فشار تا ۳۵ بار و دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای تفلون و ۵۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای آزبست است.
صفحه‌ای واشردارویرایش
خصوصیات مکانیکی صفحه‌ای واشردارویرایش
یک مبدل حرارتی صفحه‌ای تشکیل شده‌است از صفحات ثابت، صفحات فشار دهنده و تجهیزات پنوماتیکی یا مکانیکی متعلقه و connection portsها. سطح انتقال حرارت از یک سری صفحات با مجاری ورودی و خروجی تشکیل می‌شود.
مزایای مبدلهای صفحه‌ایویرایش
[list]
[*]تنوع در طراحی صفحات و چیدمان شیارها و سایز و زوایا
[*]سطح انتقال حرارت با توجه به امکان در تغییر تعداد صفحات و شکل بندی آن به راحتی قابل وصول است.
[*]انتقال حرارت بهینه که به‌دلیل درهم بودن جریان و کوچکی قطر هیدرولیکی برای هر دو سیال عامل دارای ضریب انتقال حرارت بزرگ هستند.
[*]با توجه به فشردگی صفحات سطح انتقال حرات به حجم ارزشمند است.
[*]اتلاف حرارت بسیار ناچیز دارد و نیاز به عایقکاری ندارد
[*]در حالت خراب واشر لاستیکی دو سیال تحت هیچ شرایطی مخلوط نمی‌شوند.
[*]مبدلهای حرارتی صفحه‌ای به‌دلیل توربولانس جریان درصد بسیار کمی رسوب‌گذاری دارد.
[/list]مبدلهای صفحه‌ای به صورت ویژه‌ای فشرده هستند و در نرخ انتقال حرارت حرارت مشابه فضای محدودتری در مقایسه با مبدلهای لوله دارد ضمن اینکه حجم کم و وزن کمتر و به طبع آن هزینه‌های کمتر در ساخت و بهره‌برداری و نگهداری را به همراه دارد. البته این نوع مبدل مانند همه تجهیزات صنعتی دارای محدودیت‌هایی هستند.
منابعویرایش
[*]مقدمه‌ای بر مبادله کن‌های گرما (مبدلهای حرارتی)، دکتر سپهر صنایع، انتشارات دانشگاه علم و صنعت، چاپ 1392
[list=1]
[*]پایگاه اطلاع‌رسانی صنعت. «خوردگی مبدهای حرارتی در صنایع نفت گاز و پتروشیمی».
[/list]
[list]
[*]Perry, Robert H. and Green, Don W. (۱۹۸۴). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th Edition, McGraw-Hill
[*]Heat exchangers: selection ,rating and thermal design
[/list]