نیاز نیاز به تبادل حرارت برای انجام کار های صنعتی باعث شده تا مبدل های حرارتی به طور چشمگیری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. مبدل های حرارتی صفحه ایی نسل تازه ای از مبدل ها هستند که استفاده از آن ها در سال های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است و مزایای متعدد آن ها از جمله حجم و وزن کم، بازدهی بالا، صرفه جویی کردن در مصرف انرژی، تعمیر و نگهداری آسان و هزینه مناسب باعث شده است تا در اکثر استفاده ها جایگزین مناسبی برای مبدل های حرارتی پوسته و لوله به شمار روند. هدف از ارائه ی این مطلب، معرفی کاربردهای موثر مبدل های حرارتی صفحه ای در صنعت و بررسی مزایای آن در مقایسه با نوع پوسته و لوله می باشد.
مبدل هاي صفحه ای و قاب امروزه در بيشتر صنايع مخصوصا در صنايع غذايي کاربرد زیادی يافته اند. در اين پژوهش، رويه طراحي سريع (RDA) به منظور طراحي بدون نیاز به حدس و خطا و سریع در مبدل هاي صفحه اي به كار گرفته شده است. در اين روش، با توجه به اينکه حداكثر افت فشار مجاز از همان شروع طراحي لحاظ مي شود، سطح محاسبه شده بهينه تر از ديگر راه هاي متداول در طراحي خواهد بود، به طوري كه استفاده از اين روش نقش زیادی در کاهش هزينه هاي سرمايه گذاري خواهد داشت. همچنين دستیابی و مدل سازی به توزيع دمايي در اين مبدل ها مورد بررسي قرار گرفته شده و تغييرهاي دما در صفحه هاي متفاوت مبدل و نيز تغييرها در طول هر صفحه آن را تعيين كرده و نتیجه هاي حاصل با اطلاعات دیگر پژوهشگران مورد مقايسه قرار گرفته است.
گرفتگی تجهیزات فرآوری شیر بخصوص درطی فرآیندهای حرارتی تا الان باعث ایجاد مشکلات بسیار زیادی شده است که اکثرا شامل ا فزایش هزینه های تمیزکردن و تغییرکیفیت محصول (به دلایل از بین رفتن محصول، کاهش ضریب انتقال حرارت، افزایش افت فشار ) می باشد. در صنایع لبنی هر محصولی حداقل یک بار حرارت داده می شود. لذا تیمار حرارتی جزء مهمترین واحد عملیاتی در این صنعت می‌باشد و کاهش گرفتگی این تجهیزات همچنین جزء موضوعات تحقیقی بسیار مهم بوده است. نتیجه ی تحقیقات باعث بالا رفتن میزان دانش مکانیسم ایجاد گرفتگی وتوسعه کمی مدلهای واکنش جهت بهینه سازی شرایط فرآیند شده است. کاربرد صنعتی پیشنهادات نیز نشان داده است که دراکثر موارد گرفتگی را می شود تا بیشتر از 50 درصد کاهش داد
. دو نوع پرکاربرد از مبدل های حرارتی در صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی عبارتند از مبدل های لوله و پوسته و مبدل های صفحه ای. این مبدل ها در موارد گوناگون صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی و نیز دیگر صنایع به عنوان منتقل کننده گرما از یک سیال به سیال دیگر استفاده می شوند که برخی از آنها عبارتند از :
۱ . تقطیر مخلوط های چند ماده ای و حلال ها
۲ . بازیافت حرارت فرآیندهای پتروشیمی مانند بازیافت حرارت بنزن
۳ . به عنوان کولر هیدروکربن ها
۴ . خنک کاری مدارات آب
۵ . خنک کاری و گرمادهی راکتورها و نگهدارنده محصولات
۶ . به عنوان کندانسور و اواپراتور
۷ . گرمکن گاز طبیعی (بعد یا قبل از انبساط)
۸ . به وجود اوردن آب داغ به عنوان گرمکن آب تغذیه بویلر
۹ . گرم نمودن سوخت ها برای کاهش ویسکوزیته آنها
۱۰ . گرم کننده گاز ترش و نفت خام
۱۱ . پیش گرمکن آب ، خنک کاری آن و خنک کاری محصول مایع در فرآیند متانول
۱۲ . خنک کاری سدیم هیدروکسید
۱۳ . پیش گرمکن نفتا در فرآیند اتیلن
و هر بخشی از صنعت پتروشیمی ، نفت و گاز که به انتقال گرما در آن نیاز می باشد.
در اکثر مواقع در صنعت پتروشیمی نیازی به گرم کردن مایعات وجود ندارد (به جز موارد خاص) و گرم کردن ممکن است خواص فیزیکی آنها را تغییر دهد. با این حال تعدادی از مایعات و گازها مانند اتیلن ، پروپیلن ، پروپان ، بوتان بنزن ، اتان ، و … نیاز به خنک کاری دارند و مبدل های حرارتی توانایی خنک کاری و گرمازایی به هر نوع سیالی را دارا هستند
مورد هایی که باید الزاما برای انتخاب مبدل مناسب برای هر کاربردی در نظر گرفته شود تا مبدل با راندمان و ایمنی بالا کار کند، عبارتند از :
۱ . دبی جریان
۲ . . تغییر یا عدم تغییر فاز سیالات
۳ . ویسکوزیته و خواص سیالی که قرار است خنک یا گرم شود.
۴ دما و فشار سیالات ورودی و خروجی به مبدل
در زمان هایی که فشار و دمای سیالات خیلی زیاد باشد (دمای ۶۰۰ درجه سانتی گراد یا فشار ۳۵۰ بار) از نوع مخصوصی از مبدل ها که از یک تیوب (لوله) بلند مارپیچ شکاپل گرفته است، استفاده می شود. در دماها و فشارهای کمتر از این حد از دسته ای از این تیوب ها که داخل پوسته جاسازی شده اند، استفاده می گردد تا انتقال گرما بین دو سیال از طریق جداره لوله ها، انجام بگیرد. (Single spiral tube و spiral tube)
عمده کاربردهایی که می توان برای مبدل های حرارتی در پتروشیمی بیان نمود به صورت زیر فهرست می شوند:
- مبدل های حرارتی در پتروشیمی برای متراکم کردن حلال ها و مخلوط های چند جزئی در فرآیندهای شیمیایی (تقطیر حلال ها و مخلوط های چند ماده ای)
- مبدل های حرارتی در رآکتورها و مخازن تولید محصولات با مکانیسم تولید حرارت یا فرآیند خنک سازی (گرمادهی و خنک کاری راکتورها و نگهدارنده محصولات)
- استفاده از مبدل های حرارتی در پتروشیمی جهت حرارت دهی و خنک سازی ساختن محصولات حد واسط در واکنش ها
- استفاده مبدل های حرارتی برای خنک سازی هیدروکربن ها
- مبدل های حرارتی برای خنک سازی آب در چرخه های آب در قسمت های متفاوتی از واحدهای پتروشیمی
- مبدل های حرارتی در پتروشیمی برای بازیابی حرارت در واحدهای تولید بنزن
- کاربرد انواع مبدل های حرارتی برای بازیابی حرارت در تمام فرآیندهای پتروشیمیایی
- کاربرد اوپراتور و به عنوان کندانسور
- تامین کردن آب داغ به عنوان گرمکن آب تغذیه بویلر
- خنک کاری سدیم هیدروکسید
- کاربرد به عنوان گرم کننده نفت خام
- کاربرد به عنوان پیش گرمکن آب و خنک کاری آن
با وجود اینکه در صنایع پتروشیمی به صورت معمول مایعات گرم نمی شوند اما در برخی موارد خاص و همچنین برای خنک کاری آنها از مبدل های حرارتی پتروشیمی استفاده می شود که دارای قابلیت گرمادهی و همچنین خنک کاری به انواع سیال ها می باشند. از جمله گازها و مایعاتی که به طور معمول نیاز به فرآیند خنک کاری دارند باید به پروپیلن، اتیلن، بنزن، پروپان، بوتان و غیره اشاره کرد.
اهمیت مبدل های حرارتی در پتروشیمی برای نمونه، زمانی بیشتر مشخص می شود که یک سیال بسیار با دمای بالا برای وارد شدن به قسمت تولید یا شرکت در یک واکنش شیمیایی دیگر می بایست دمای آن به شدت پایین اورده شود ؛ اگر این سیال بخواهد به تدریج، دمای خودش را از دست بدهد، به زمان بسیار زیادی نیاز دارد و این کار قطعاً به روی مرحله های فرآیندهای شیمیایی تأثیر میگذارد. برای کاهش با سرعت بالای دمای یک سیال بسیار داغ در واحدهای پتروشیمی، آن را از درون مبدل های حرارتی رد میکنند تا به واسطه انتقال حرارت، دمای سیال پایین اورده شود و از طرفی دیگر، حرارت مبادله شده را بشود به راحتی بازیابی کرده و در قسمت های دیگری مورد استفاده قرار دهند.
برای انتخاب کردن یک مبدل حرارتی برای استفاده کردن در صنعت پتروشیمی و یا هر نوع کاربرد کتفاوت دیگر می بایست به یک سری از موارد توجه کرد که مهم ترین آنها در ادامه گفته می شود.
- خواص یا ویسکوزیته سیالی که قرار است گرم یا خنک شود دارای اهمیت می باشد
- دبی جریان مهم می باشد
- فشار و دمای سیالات ورودی و خروجی به مبدل حرارتی مهم می باشد
- تغییر کردن یا نکردن فاز سیال های مختلف دارای اهمیت است
دقت کنید که در شرایطی که دما و فشار سیال ها خیلی بالا است از نوعی مبدل حرارتی خاص استفاده می کنیم که از یک لوله مارپیچ بلند تشکیل می گردد. ضمن اینکه مواد اولیه نیز بر اساس نوع کاربرد متفاوت خواهد بود.
در ضمن در انتخاب و خرید مبدل های حرارتی در پتروشیمی باید به نکاتی مثل اندازه مبدل حرارتی، هزینه مبدل حرارتی، کیفیت ساخت مبدل حرارتی و همچنین روش نصب آن دقت کنید.
در طراحی کردن این مبدل ها، از نکته های مهم، نوع الگوی جریان در مبدل می باشد. یک مبدل حرارتی لوله ای، عموما می تواند برای هر دو الگوی جریان مخالف (Counter Flow) و جریان موازی (Parallel Flow) طراحی گردد، اما الگوی جریان متعامد (Cross Flow) در چنین مبدلی کارایی ندارد.
مبدل های لوله ای برای کاربردهایی مناسب هستند که یا نرخ جریان سیال های عبوری کم باشد و تغییرات دمایی زیادی مد نظر باشد یا انتقال حرارت کمی برای نرخ جریان زیادی مورد نیاز باشد. این در حالی است که با توجه به اندازه مبدل های لوله ای، استفاده از آن ها در زمانی که فضای کافی وجود داشته باشد، منطقی خواهد بود. لازم به ذکر است که می شود برای ایجاد ظرفیت های بیشتر، چند واحد مبدل لوله ای را به صورت سری یا موازی با همدیگر، به شکل عمودی نصب کرد. مبدل های حرارتی لوله ای در صنایع غذایی و همچنین تهویه مطبوع (به عنوان بویلر، اواپراتور و یا کندانسور) بیشترین استفاده را دارند.
اشتراک
گزارش
نظرات من