Definicija izmjenjivača topline

Candela Rocío Barbisan
Inženjer kemije

Posuda pod tlakom u kojoj se odvija izmjena energije između dva fluida, odnosno prijenos topline iz zone visoke temperature u zonu niske temperature. Proces može biti izravan, ako su dva medija u kontaktu jedan s drugim, ili neizravan ako postoji druga tekućina koja stoji između njih.

Osnove prijenosa topline

Da bi prijenos topline s jednog medija na drugi bio učinkovit, mora postojati pokretačka sila, u ovom slučaju temperaturnu razliku između dva fluida nazivamo pokretačkom silom. U tom smislu, energija se prenosi iz toplijeg područja u hladnije područje.

Iako se očekuje da svu toplinu koju predaje najtoplija faza toplina apsorbira ili dobije najhladnija faza, ravnoteža nije izravna, postoje toplinski gubici.

Fenomen prijenosa topline temelji se na Nultom principu termodinamike, koji objašnjava način na koji tekućine dolaze u kontakt postižu svoju toplinsku ravnotežu, izjednačavajući svoje temperature ako su vrijeme i površina kontakta dovoljno odgovarajući da dosegnu točku ravnoteža.

Tipologije

Kada govorimo o tipologiji, mislimo na najveću podjelu koja postoji na temelju vrste kontakta između faza. Kao što smo dobro rekli, ako je kontakt između medija izravan, odnosno nema drugog protoka prijenos topline između tekućina za koje se želi razmijeniti energija, tada odgovara na takav način ravno. Rashladni tornjevi su tipičan slučaj ove vrste izmjene, jer npr. rashladna voda ili voda iz tornja ulazi kroz gornjim dijelom, a donjim dijelom, protiv struje, inducira se strujanje zraka tako da dolazi do prijenosa topline i mase očekivano.

S druge strane, kada govorimo o neizravnim izmjenjivačima, govorimo o opremi koja ima srednja površina za prijenos topline, kao što je čvrsta tvar ili čak neka druga tečno. U ovom slučaju proces se odvija konvekcijom ili kondukcijom. U većini izmjenjivača, mehanizmi prijenosa mase su: konvekcija, kada vrući fluid prenosi svoju toplinu na stijenku unutarnje strane cijevi, a zatim to prenosi s vanjske stijenke na drugu tekućinu u kontaktu i, s druge strane, unutarnju vodljivost u stijenci cijevi.

Također se mogu klasificirati prema vrsti toka: paralelni tok, ako struje teku u istom smjeru, protustrujni, ako izmjenjuju toplinu kada putuju u suprotnim smjerovima ili, križni tok kada tekućine putuju kroz opremu okomito jedna na drugu.

Isto tako, postoje jednoprolazni ili višeprolazni izmjenjivači, ovisno o tome koliko puta tekućina putuje dužinom izmjenjivača i dolazi u kontakt s drugom fazom.

Na kraju, klasifikacija se može dati na temelju njegove geometrije: ugrubo nalazimo: cijevne i plaštaste izmjenjivače topline i pločaste izmjenjivače topline. U prvom od njih, sastoji se (kao što mu ime kaže) od kućišta ili kućišta i glava koje drže snop cijevi unutra. Kroz cijevi cirkulira određena tekućina koja izmjenjuje toplinu s tekućinom koja cirkulira kroz kućište, preplavljujući ga. Tekućina može proći kroz jedan korak ili može proći kroz više od jednog. U ovom slučaju, trošak njegove izgradnje je visok; međutim, mogu raditi pri visokim tlakovima i dizajnirani su na temelju potrebne kontaktne površine za prijenos topline, tako da njegova veličina može varirati prema potrebama postupak. Održavanje je jednostavno, iako je cijevi možda teško očistiti, to se može učiniti kemijski ili mehanički i moguće je ukloniti ploču držača cijevi radi pregleda začepljenja nekih od oni.

U slučaju pločastih izmjenjivača topline, oni se sastoje od nekoliko ploča koje, raspoređene, kroz svaku od njih cirkuliraju različite tekućine za izmjenu. Između ploča je zrak. Očekivano, površina ploča je mnogo veća od površine cijevi, tako da je kapacitet izmjene znatno povećan. Dok snopovi cijevi rade pri visokim tlakovima, pločasti izmjenjivači topline ograničeni su na tlakove koji nisu veći od 25 bara. Općenito se koriste u prehrambenoj industriji, gdje je potrebna izuzetna briga o higijeni, jer se zbog svoje strukture lakše čiste i sprječavaju taloženje.