تعريف المبادل الحراري

كانديلا روسيو باربيسان
مهندس كيميائي

حاوية تحت ضغط يحدث فيها تبادل للطاقة بين سائلين ، أي انتقال الحرارة من منطقة ذات درجة حرارة عالية إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة. يمكن أن تكون العملية مباشرة ، إذا كان الوسيطان على اتصال مع بعضهما البعض ، أو غير مباشر إذا كان هناك سائل آخر يقف بينهما.

أساسيات انتقال الحرارة

لكي يكون نقل الحرارة من وسيط إلى آخر فعالاً ، يجب أن تكون هناك قوة دافعة ، في هذه الحالة ، نسمي فرق درجة الحرارة بين السائلين القوة الدافعة. بهذا المعنى ، يتم نقل الطاقة من المنطقة الأكثر سخونة إلى المنطقة الباردة.

على الرغم من أنه من المتوقع أن يتم امتصاص الحرارة التي تتخلى عنها المرحلة الأكثر سخونة أو اكتسابها من خلال المرحلة الأكثر برودة ، إلا أن التوازن ليس مباشرًا ، فهناك فقد في الحرارة.

تستند ظاهرة انتقال الحرارة إلى المبدأ الصفري للديناميكا الحرارية ، والذي يشرح الطريقة التي تتلامس بها السوائل يصلون إلى توازنهم الحراري ، معادلة لدرجات الحرارة إذا كان الوقت ومنطقة التلامس كافيين للوصول إلى نقطة توازن.

الأنماط

عندما نتحدث عن التصنيف ، فإننا نشير إلى أكبر تقسيم موجود بناءً على نوع الاتصال بين المراحل. كما قلنا جيدًا ، إذا كان الاتصال بين وسائل الإعلام مباشرًا ، أي لا يوجد تدفق آخر تنتقل الحرارة بين الموائع التي ترغب في تبادل الطاقة ، ثم تستجيب بهذه الطريقة مستقيم. أبراج التبريد هي حالة نموذجية لهذا النوع من التبادل ، حيث ، على سبيل المثال ، تدخل مياه التبريد أو مياه الأبراج عبر الجزء العلوي ، والجزء السفلي ، مقابل التيار ، يتم إحداث تيار هوائي بحيث يكون هناك انتقال للحرارة والكتلة مُتوقع.

من ناحية أخرى ، عندما نشير إلى المبادلات غير المباشرة ، فإننا نتحدث عن المعدات التي لديها سطح متوسط ​​لنقل الحرارة ، مثل مادة صلبة أو حتى أخرى طلِق. في هذه الحالة ، تحدث العملية بالحمل الحراري أو التوصيل. في معظم المبادلات ، تكون آليات نقل الكتلة عن طريق: الحمل الحراري ، عندما ينقل السائل الساخن حرارته إلى الجدار داخل الأنبوب ثم ينقله هذا من الجدار الخارجي إلى السائل الآخر الملامس ، ومن ناحية أخرى ، التوصيل الداخلي في جدار الأنبوب.

يمكن أيضًا تصنيفها بناءً على نوع التدفق: التدفق الموازي ، إذا كانت التيارات تسير في نفس الاتجاه ، التيار المعاكس ، إذا قاموا بتبادل الحرارة عند السفر في اتجاهين متعاكسين أو عبر التدفق عندما تنتقل السوائل عبر الجهاز بشكل عمودي مع بعضها البعض.

وبالمثل ، توجد مبادلات أحادية أو متعددة المسارات ، اعتمادًا على عدد المرات التي ينتقل فيها السائل على طول المبادل ويتلامس مع المرحلة الأخرى.

أخيرًا ، يمكن إعطاء التصنيف بناءً على هندسته: نجد تقريبًا: مبادلات حرارية للأنابيب والقشرة ومبادلات حرارية للوحة. في أولهما ، يتكون (كما يشير اسمه) من غلاف أو غلاف ورؤوس تحمل حزمة الأنابيب بالداخل. من خلال الأنابيب يدور سائل معين يتبادل الحرارة مع السائل الذي يدور عبر الغلاف ، ويغرقه. يمكن أن يمر السائل بخطوة واحدة أو يمكن أن يمر بأكثر من خطوة. في هذه الحالة ، تكون تكلفة بنائه مرتفعة ؛ ومع ذلك ، يمكن أن تعمل في ضغوط عالية ومصممة على أساس منطقة الاتصال اللازمة لنقل الحرارة ، لذلك يمكن أن يختلف حجمها وفقًا لاحتياجات عملية. الصيانة بسيطة ، على الرغم من صعوبة تنظيف الأنابيب إلى حد ما ، يمكن القيام بذلك كيميائيًا أو ميكانيكيًا ومن الممكن إزالة لوحة حامل الأنبوب لفحص انسداد بعض هم.

في حالة المبادلات الحرارية للصفائح ، فهي تتكون من عدة صفائح تتخللها وتدور عبر كل منها سوائل التبادل المختلفة. يوجد هواء بين الألواح. كما هو متوقع ، تكون مساحة الألواح أكبر بكثير من مساحة الأنبوب ، وبالتالي تزداد سعة التبادل بشكل كبير. بينما تعمل حزم الأنبوب في ضغوط عالية ، فإن المبادلات الحرارية للألواح تقتصر على ضغوط لا تزيد عن 25 بار. يتم استخدامها بشكل عام في صناعة المواد الغذائية ، حيث تتطلب العناية الصحية القصوى ، نظرًا لتركيبها ، يسهل تنظيفها ومنع الترسب.