استفاده از مبدل های حرارتی صفحه‌ای برای صرفه جویی در تولید آب گرم بهداشتی

استفاده از مبدل های حرارتی صفحه‌ای برای صرفه جویی در تولید آب گرم بهداشتی

میتوانیم بگوییم که مبدل های حرارتی پر کاربردترین عضو در فرآیندهای شیمیایی هستند و می‌توانید آن ها را در اغلب واحدهای صنعتی ملاحظه بکنید. مبدل های حرارتی وسایلی می‌باشند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می‌کنند.

این عملیات بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع امکان انجام آن می‌باشد. کاربرد این مبدل ها اغلب به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرند.


کاربردهای مبدل حرارتی :


مبدل های حرارتی محدوده وسیعی از کاربردها را شامل می شوند . این کاربردها عبارتند از : نیروگاه ها، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید ، صنایع فرآیندی ، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز ، گرمایش ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی
مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اوپراتور، تبخیر کننده‌ها ، پیش گرم کن فن کویل ، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتور ها، کوره ها و ... کاربردهای بسیاری دارند. صنایع بسیاری در طراحی انواع مبدل های حرارتی فعالیت دارند و نیز، دروس مختلفی در دانشگاه ها با نام های مختلف در طراحی مبدل های حرارتی ارائه شده است. محاسبات مربوط به مبدل ها در اغلب موارد کاری طولانی و خسته کننده است. طراحی یک مبدل برای یک عملیات خاص نیاز به اطلاعات زیادی دارد که با استفاده از آن ها و طبق استانداردها است که شما می‌توانید اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کنید. ولی در حال حاضر با استفاده از برنامه های کامپیوتری تمام این محاسبات بوسیله کامپیوتر انجام میگیرد و وظیفه‌ی طراح برای طراحی فقط این است که شرایط عملیاتی و خواص سیالات حاضر در عملیات را وارد کند. نرم افزارهای کاربردی برای این امر Aspen B-jac و HTFS را می‌توانیم نام ببریم. این نرم افزارها برنامه هایی را در برگرفته اند که توانایی انجام این محاسبات را دارند.

 

آنچه درمورد مسائل مربوط به طراحی حرارتی مبدل حرارتی باید بدانیم :


از دیدگاه آنالیز کمی، مسائل متعددی در مورد طراحی مبدل حرارتی وجود دارد از جمله این موارد می‌توانیم به دسته بندی و اندازه بندی که ساده ترین و مهم ترین این موارد هستند اشاره نماییم.


مساله دسته بندی:


تعیین انتقال حرارت و عملکرد افت فشار مبدل موجود یا مبدلی که از قبل اندازه های آن تعیین شده است را rating problem می‌گویند. ورودی های مربوط به مسئله عبارتند از : ساختار مبدل حرارتی، آرایش جریان، ابعاد طراحی، جزییات کامل مواد و هندسه سطح در هر دو طرف، مشخصات افت فشار و انتقال حرارت اسکالر، نسبت های جریان سیال، دماهای ورودی و عوامل رسوب گیری. همچنین دمای خروجی سیال، نسبت انتقال حرارت و افت فشار در هر طرف مبدل حرارتی هم باید مد نظر قرار داده شود. مسئله دسته بندی را گاها تحت عنوان عملکرد یا مسئله شبیه سازی هم می شناسند.

 

مسئله اندازه بندی:


در مفاد کلی و گسترده، طراحی مبدل حرارتی جدید به معنای انتخاب و تعیین انواع ساختار مبدل، آرایش جریان، انتخاب مواد سازنده پره ها و صفحه ها و اندازه فیزیکی مبدل برای برآوردن انتقال حرارت قرار داده شده و افت فشار قابل قبول است. به هر جهت در مسئله اندازه بندی برای یک مبدل حرارتی با سطوح پره دار، باید به تعیین اندازه های فیزیکی (اعم از طول، پهنا، ارتفاع و سطح مقطع هر طرف) مبدل حرارتی توجه شود و در مورد مبدل های پوسته و لوله ، موضوع اندازه بندی به تعیین نوع پوسته ، قطر و طول ، تعداد و قطر لوله‌ها، طرح بندی لوله، آرایش گذرها (مسیر عبور لوله ها) و موارد مشابه گفته می‌شود .

 

روش های اساسی طراحی حرارتی و هیدرولیکی


بر طبق تعداد متغیرهای مربوط با آنالیز مبدل حرارتی ، گروه های وابسته و مستقل بدون بعد فرمول بندی می شوند. روابط بین گروه های بدون بعد یا اسکالر برای آرایش های مختلف جریان تعیین می شوند.بر اساس انتخاب گروه های بدون بعد ، از چند روش مختلف برای طراحی استفاده شده . این روش ها شامل ε-NTU، p-NTU، فاکتور تصحیح MTD و سایرروشها می باشند.

 

مشخصات ترمو فیزیکی عبارتند از:


برای طراحی حرارتی و هیدرولیکی ، مشخصات ترموفیزیکی زیر برای سیالات مورد نیاز است: ویسکوزیته دینامیکی(μ ) ، دانسیته (ρ) ، حرارت ویژه (cp) و ضریب هدایت حرارتی (k) برای دیوار، ضریب هدایت حرارتی مصالح بکار گرفته شده و گرمای ویژه آن ها نیز مورد نیاز هستند.

 

راه حل مسائل طراحی حرارتی و هیدرولیکی


در اغلب مواردراه حل ها برای مسائل نسبت بندی و اندازه بندی ماهیت کمی و محاسباتی دارند. همه داده های تجربی مربوط به انتقال گرما و ویژگی های فرسایش سیال و سایر ویژگی های دائمی برای انجام محاسبات مورد نیاز هستند. به علت پیچیدگی محاسبات این فرآیندها بیشتر مواقع با استفاده از برنامه های کامپیوتری و نرم افزارهای ویژه محاسبه می‌شوند. از آنجا که متغیرهای هندسی و وضعیت‌های مختلفی وابسته به شرایط کار در مسئله اندازه بندی وجود دارد لذا موضوع فرمول بندی بهترین راه حل طراحی (انتخاب مقادیر این متغیرها و پارامترها) در میان همه راه حل های ممکن که معیارهای عملکرد و طراحی را برآورده می‌کنند، مطرح است. این خواسته تنها با به کارگیری تکنیک های بهینه سازی محاسبات بعد از تعیین اندازه اولیه محقق می‌شود تا اهداف طراحی مبدل حرارتی در میان چهار چوب محدودیت های تحمیلی بهینه سازی شوند.