مبدل حرارتی

پيشگفتار 3
دسته بندی مبدل های حرارتی 5
بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم 5
بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم 6
بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم 8
بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها 9
اصول طراحی مبدل های حرارتی 20
1- تعیین مشخصات فرآیند و طراحی 24
2- طراحی حرارتی و هیدرولیکی 28
3- طراحی مکانیکی 33
4- ملاحظات مربوط به تولید و تخمین هزینه ها 37
5- فاکتورهای لازم برای سبک و سنگین کردن 39
6- طراحی بهینه 40
7- سایر ملاحظات 40
نرم افزار HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی ) 41
TASC، طراحي حرارتي ، بررسي عملكرد و شبيه سازي مبدلهاي پوسته و لوله 42
FIHR، شبيه سازي كوره ها با سوخت گاز و مايع 42
MUSE، شبيه سازي مبدلهاي صفحه ای پره دار 43
TICP، محاسبه عايقكاري حرارتي 43
PIPE، طراحي، پيش بيني و بررسي عملكرد خطوط لوله 44
ACOL، شبيه سازي و طراحي مبدلهاي حرارتي هواخنك 44
FRAN، بررسي و شبيه سازي مبدلهاي نيروگاهي 45
TASC، طراحي حرارتي ، بررسي و شبيه سازي مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله 46
توانايي ها 46
كاربرد در فرآيند 47
مشخصات فني و توانايي ها 48
خواص فيزيكي 49
بررسي ارتعاش ناشي از جريان 49
خروجي 50
ACOL، شبيه سازي و طراحي مبدلهاي حرارتي هواخنك 52
طراحي 52
كاربرد در فرآيند 53
مشخصات فني و توانايي 54
نتايج خروجي 56
PIPESYS ، شبيه سازي خطوط لوله 58
امکانات و توانایی ها 59
نمونه هايي از كاربرد PIPESYS در عمل 60
نرم افزار Aspen B-jac 61
آشنایی با نرم افزار Aspen Hetran 63
نحوه کار نرم افزار Hetranدر حالت طراحی 65
محیط نرم افزار Aspen Hetran 72
تعریف مساله ( Problem Definition ) 73
اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data ) 83
ساختار مبدل ( Exchanger Geometry ) 94
داده های طراحی ( Design Data) 106
تنظیمات برنامه ( Program Options ) 113
نتایج ( Results ) 117
خلاصه وضعیت طراحی 118
خلاصه وضعیت حرارتی 121
خلاصه وضعیت مکانیکی 125
جزئیات محاسبه ( Calculation Details ) 127
آشنایی با نرم افزار Aerotran 129
روش های طراحی نرم افزار Aerotran 131
آشنایی با نرم افزار Teams 133
برنامه Props 136
برنامه Qchex 138
برنامه Ensea 140
برنامه Metals 142
برنامه Primetal 144
برنامه Newcost 147
منابع و مواخذ 149
پیش گفتار

مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. آنها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. 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.
مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند . این کاربردهای شامل نیروگاه ها ، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید ، صنایع فرآیندی ، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز ، گرمایش ، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند. 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 دارند.
مبدل های حرارتی نوع Recuperative

در این مبدل سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می گیرد. اکثر مبدل های موجود در صنعت از این دسته هستند.

2- مبدل های حرارتی نوع Regenerative

در این مبدل ، سطح جدا کننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به طور متناوب قسمت هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می گیرند. این نوع مبدل ها بیشتر در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند.
3- مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم

در این نوع مبدل های حرارتی ، سیال سرد و گرم به طور مستقیم تماس حاصل نموده ( هیچ دیواره ای بین جریانهای سرد و گرم وجود ندارد ) و تبادل انرژی یا حرارت انجام می گیرد. در مبدل های تماس مستقیم ، جریانها ، دو مایع غیر قابل اختلاط و یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل ها معمولا از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند. نمونه ای از این مبدل ها ، برج های خنک کن ، کولرهای آبی و گرم کن های Open Feed Water Heater موجود در نیروگاه های بخار می باشند .

بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم

بر این اساس مبدل های حرارتی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند :
الف- مبدل های حرارتی از نوع جریان همسو
ب‌- مبدل های حرارتی از نوع جریان غیر همسو
ج - مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم

الف- مبدل های حرارتی از نوع جریان همسو

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یکدیگر و جهت جریان سیال گرم و سرد آن ها موافق یکدیگر می باشند. یعنی دو جریان سیال ، از یک انتها به مبدل وارد می شوند و هر دو در یک جهت جریان می یابند و از انتهای دیگر خارج می شوند. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که دمای سیال سرد خروجی از مبدل هیچگاه به دمای سیال گرم خروجی نمی رسد. نزدیک شدن مقدار عددی دو دمای مذکور مستلزم بکارگیری سطح انتقال حرارت موثر بسیار بزرگی می باشد.