No category

پایان نامه ارشد رایگان درباره سرمایه گذاری ثابت، صنایع غذایی، زیست محیطی

ه قطر) بیشتر است.
۲. درجه حرارت: افزایش درجه حرارت باعث کاهش تنش مجاز مواد بکار رفته می گردد و در نتیجه ضخامت لازم برای دیواره ظرف نیز افزایش می باید . این تاثیر عیناً شبیه فشار است. سیال با درجه حرارت زیاد بایستی در لوله جای داده شود.
۳. خورندگی سیالها: برای سیالهای با خوردندگی زیاد به مواد و آلیاژهای گرانقیمت نیاز است. اگر فقط یکی از سیالها خورنده باشد آن وقت گذاردن آن در داخل لوله باعث می شود که پوسته گرانقیمت از آلیاژ مرغوب نیاز نباشد. اما اگر سیال خوردنده در پوسته قرار بگیرد آنگاه هم برای پوسته و هم برای لوله بایستی از موادی که در مقابل خوردگی مقاوم هستند استفاده شود.
۴. تمیزی سیالها: در بعضی از فرآیندهای انتقال حرارت شرایط لازم جهت تمیزی سیالها و آلوده نشدن آنها سخت تر از حالتهای عادی است و ممکن است به آلیاژهای گرانقیمت نیاز باشد. در اینگونه مواقع بهتر است که سیالها در داخل لوله قرار داده شوند.
۵. خطر نشست: در بیشتر مبدلهای حرارتی احتمال نشست سیال لوله ها از سیال پوسته کمتر است.
۶. ویسکوزیته سیالها: برای اینکه انتقال حرارت ماکزیمم شود، جریان هر دو سیال می بایستی ناآرام باشد. در صورتی که سیال لزج در داخل لوله باشد احتمال دارد جریان آن آرام شود پس بهتر است داخل پوسته قرار داده شود.

۶-۲: رسوب مبدلها (Fouling)
هنگامی که مبدل حرارتی در سرویس قرار می گیرد در شروع کار سطوح انتقال حرارت آن تمیز است ولی با گذشت زمان در بعضی از سرویسها مانند سیستم های قدرت فرآیندهای شیمیایی به تدریج توانایی انتقال حرارت آنها کم می شود. این وضعیت به علت جمع شدن موادی روی سطوح انتقال حرارت (همان لوله ها) که موجب افزایش مقاومت حرارتی در برابر انتقال حرارت می گردد به وجود می آید. یک فرآیند صنعتی را در نظر بگیرید که شامل چندین دستگاه اصلی می باشد. در صورتی که تمام فرآیند بخواهد به خاطر اینکه یکی از ابزار انتقال حرارت که توانایی خود را در فرآیند انتقال حرارت از دست داده از کار بیفتد این حادثه از نظر اقتصادی ناخوشایند است.
در استاندارد TEMA ضریب رسوب داده شده تا به طراح کمک کند مبدل پوسته و لوله را طوری طراحی کند که بتواند برای مدتی به طرز رضایت بخشی کار کند. تا اینکه دوباره مبدل از مدار خارج شود و تمیز گردد.
عواملی که باعث ایجاد رسوب می شوند اغلب عبارتند از:
۱. وجود ذرات معلق در سیال
۲. کاهش حلالیت نمک ها با افزایش دما (مثل نمک های منیزم)
۳. خوردگی : یعنی تبدیل یک لایه از فلز آهن اکسید آن اکسید آهن و که باعث کاهش ضریب رسانش می شود.
۴. پدیده های بیولوژیکی (زیست محیطی): در آب رودخانه ها جلبک ها و موجودات زنده وجود دارند که با صافی جدا نمی شوند و داخل مبدل شروع به تکثیر می کنند.
۵. به وجود آمدن کک: در کوره های نفت مقداری از نفت می شکند و تبدیل به کک می گردد و روی دیواره رسوب می کند.

۷-۲: مبدلهای صفحه ای (Plate heat exchanger)
مبدلهای حرارتی صفحه و قاب از قرار گرفتن یک سری صفحات فلزی در کنار یکدیگر در داخل یک قاب فلزی ساخته می شوند. این صفحات در داخل قاب توسط میله های بلند بهم فشرده می شوند. طول این میله ها فاصله بین دو درپوش را طی می کنند و توسط مهره به درپوش محکم می گردند. واشر در شیارهای اطراف هر صفحه قرار داده می شود تا جریان سیال را در مجرای باریکی بین صفحات هدایت نماید و همچنین از نشیت آنها به بیرون جلوگیری کند. در گوشه های هر صفحه مجرایی جهت ورود و خروج سیال گرم و سرد در نظر گرفته شده و موقعیکه صفحات روی هم فشرده می شوند این محلهای سوراخ شده در یک خط مستقیم قرار می گیرند و بدین وسیله هدرهای توزیع سیال در طول مبدل را به وجود می اورند. شکل (۱۲-۲) جهت جریان را در مبدل صفحه ای نشان می دهد.

شکل(۱۲-۲) : جهت جریان در مبدل صفحه ای
صفحات می توانند از هر فلزی با ابعاد معین ساخته شوند آنگاه نقوش مختلف توسط پرس و قالبهای مخصوص روی صفحات چاپ گردد. هنگامی که این صفحات در محل خود در کنار یکدیگر قرار می گیرند شیارهای موجود روی صفحات متوالی تشکیل یک سری کانالهای باریک جریان را می دهند و سیالها از طریق مجرای خیلی باریک و ظریف بین صفحات متوالی عبور می نمایند. در مبدلهای مختلف آرایش جریان می توانند متفاوت باشند. یکی از این آرایشها به صورت موازی مختلف الجهت می باشد. در این نوع آرایش جریانهای هر کدام از سالها فقط یک با ارتفاع صفحات را طی می کنند در حالیکه در آرایشهای چند گذر یک سیال ممکن است ۲ بار و یا بیشتر ارتفاع مبدل را طی نماید.
۱-۷-۲: امتیازات و کاربردها مبدل های صفحه ای
یکی از امتیازات مهم و اساسی مبدلهای حرارتی صفحه قاب این است که سطح انتقال حرارت مبدل به آسانی از هم جدا می شوند. بعد از برداشتن مهره و میله های نگه دارنده و جداسازی صفحه متحرک انتهایی صفحات با لغزیدن روی صفحه باریکی برای معاینه از هم جدا می شوند. این امتیاز که صفحات به آسانی تمیز شوند و یا تعویض گردند باعث شده کاربرد این مبدلها در صنایع غذایی و لبنیات توسعه یابد. اما از دیگر امتیازات مهمی که این مبدلها نسبت به مبدلهای پوسته و لوله دارند این است که در مقایسه با مبدلها پوسته و لوله بار حرارتی معینی حدوداً بین یک سوم تا یک چهارم انتقال حرارت لازم دارند. علتش را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود. توربولانس زیاد به علت حرکت سیال در مجاری باریک و ناهموار سبب افزایش ضریب انتقال حرارت می گردد. فاصله نزدیک به هم صفحات مانند این است که از لوله های با قطر کوچک استفاده شده است که این ضریب انتقال حرارت را افزایش می دهد. توربولانس زیاد سبب تقلیل سرعت کثیف شدن می شود. کاهش سطح انتقال حرارت باعث کاهش حجم و وزن می شود. شکل(۱۳-۲) نمای داخلی مبدل صفحه ای را نشان می دهد

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با موضوع استان گلستان، طرح پژوهش، جوجه گوشتی، فرایند پژوهش

شکل(۱۳-۲) : نمای داخلی مبدل صفحه ای
۲-۷-۲: معایب و کاربردها مبدل های صفحه ای
با وجود تمام محاسن ذکر شده یک عیب مهم در مورد این مبدلها وجود دارد و آن این است که سطوحی که باید توسط واشر آب بندی شود زیاد است. اغلب از مواد لاستیکی برای این کار استفاده می شود اما ماکزیمم فشار و درجه حرارت کاربردی نباید از ۲.۷ MPa و ۴۰۰ o K تجاوز نماید. از واشرهای فیبری و پنبه نسوز کمپرس شده نیز می توان استفاده نمود که برای حداکثر درجه حرارتK o 600 و ۱.۸ MPa می باشد. یکی از مشکلاتی که معمولاً در هنگام کار این مبدلها بوجود می اورند عدم آب بندی کامل و صحیح واشرها است. اولاً بخاطر اینکه عمر مفید گاز کت ها کم است و ثانیاً نباید دوباره مورد استفاده قرار گیرند که معمولاً به این نکته توجه نمی شود.
۳-۷-۲: مبدلهای پره دار (Fin Heat Exchangers)
هنگامی که اختلاف فاحشی بین ضریب انتقال حرارت داخل و خارج لوله (در هر کدام از انواع مبدلهای ذکر شده ) وجود داشته باشد از پره استفاده می شود (در طرفی که ضریب انتقال حرارت کمتر دارد). به عنوان مثال در مبدلهاب گاز/مایع در طرف گاز از پره های بلند استفاده می شود و یا در مبدلهای گاز/گاز به علت کم بودن ضریب انتقال حرارت در دو طرف به وسیله فین ها سطح انتقال حرارت و در نتیجه میزان آن را افزایش می دهند. شکل(۱۴-۲) و (۱۵-۲) نمونه ای از پره ها و مبدل پره دار را نشان میدهد.

شکل(۱۴-۲): نمونه ای از پره ها شکل(۱۵-۲): نمونه ای ازمبدل پره دار
پره ها معمولاً دارای ضخامت ۰.۰۳۳۵ in. هستند. راندمان حرارتی آنها با افزایش مقاومت حرارتی کاهش پیدا می کند. اگر چه لوله های با پره داخلی وجود دارد ولی در مبدلهای لوله ای بیشتر از پره های بلند طولی استفاده می شود که در خارج لوله تعبیه شده اند. پره ها می توانند پیچششی و منقطع نیز باشند تا بدین وسیله سیال داخل حلقه بهتر مخلوط شود. اما در عمل مشاهده می شود که افت فشار را به مقدار زیادی افزایش می دهند و به این ترتیب اثر افزایش انتقال حرارت خنثی می شود.
۸-۲: مبدل صفحه ای نوع Packinox
مبدلهای صفحه (Plate Heat Exchanger) برای اولین بار در دهه ۱۹۸۰برای Revamp واحدهای تبدیل کاتالیستی در مقیاس وسیع مورد استفاده قرار گرفتند . در جریان این کار دسته هائی از مبدلهای پوسته و لوله(shell &Tube) توسط یک باندل از صفحات که درون یک پوسته قرار داشتند جایگزین شدند شکل (۱۶-۲) .

شکل (۱۶-۲): شمای کلی مبدل Packinox

این جایگزینی سبب می شد تا افت فشار کمتر و دامنه دمائی پائین تری بین سیالات گرم و سرد در مدار انتقال حرارت سیستم ایجاد شود و ادامه استفاده از مبدلهای صفحه ای بجای مبدلهای پوسته و لوله سبب شد تا استفاده از این نوع مبدل برای واحدهای تبدیل کاتالیستی و واحدهای تولید آروماتیک و واحدهای تضفیه با هیدروژن حالت استاندارد صنعتی پیدا کند.
۱-۸-۲: طراحی مکانیکی
شماتیک برش خورده یکعدد مبدل صفحه ای که در سرویس خوراک و خروجی راکتور قرار می گیرد در شکل (۱) به نمایش گذاشته شده است . همانگونه که مشخص است ،‌این دستگاه شامل یک دسته از صفحات می باشد که درون پوسته ((shell قرار گرفته‌اند. باندل از صفحات نازک که از جنس S.S هستند ساخته شده است . این صفحات که از طریق انفجار در زیر آب چین دار شده اند، بر روی هم قرار می گیرند و جوشکاری می شوند شکل(۱۷-۲).

شکل (۱۷-۲): صفحات با ندل Packinox
با چنین بسته هائی از صفحات، سطوح بسیار بزرگ انتقال حرارت درون یک باندل به هم فشرده ایجاد می شود. مبدلهای صفحه ای برای سطوح انتقال حرارت تا بیش از ۱۵۰۰۰ m2 نیز طراحی شده اند . تمامی انتقال حرارت درون همین باندل صورت می پذیرد. از آنجا که پوسته، تحت فشار خروجی کمپروسور گاز گردشی قرار دارد (بیشترین فشار مدار عملیاتی) ، لذا بسته صفحات همیشه ازخارج تحت فشار گاز گردشی قرار دارد و به هم فشرده می شود شکل(۱۸-۲).

شکل(۱۸-۲): جزئیات طراحی بسته صفحات
با توجه به اینکه در ساخت این مبدل از هیچ گونه واشر یا لحیم کاری استفاده نمی شود و تماماً‌جوشکاری می باشند، لذا هیچ گونه محدودیت درجه حرارت برای آنها وجود ندارد ، بعنوان مثال تا مرز ۵۵۰۰C در واحدهای تبدیل کاتالیستی و یا۶۲۰°C در تولید مونواستایرن کاربرد دارند. همچنین از لحاظ فشار نیز محدودیتی وجود ندارد. در دهه ۱۹۹۰ نیز این تکنولوژی در واحدهائی نظیر Hydrotreater ها به طور موفقیت‌آمیز در سرویس قرار گرفت و استفاده از این تکنولوژی ، بدلیل کمتر بودن فضای مورد نیاز برای نصب و لوله کشی و همچنین کمتر بودن Hot Approach Temperature و افت فشار مدار باعث شده تا در مجموع سرمایه گذاری ثابت و در گردش این نوع فرآیندها کاهش پیدا کند.

فصل سوم :
شرح کلی فرآیند

دیدگاهتان را بنویسید