הגדרה של מחליף חום

קנדלה רוסיו ברביסאן
מהנדס כימי

מיכל בלחץ בו מתרחש חילופי אנרגיה בין שני נוזלים, כלומר העברת חום מאזור של טמפרטורה גבוהה לאזור של טמפרטורה נמוכה. התהליך יכול להיות ישיר, אם שני אמצעי התקשורת נמצאים במגע אחד עם השני, או עקיף אם ישנו נוזל אחר שעומד ביניהם.

היסודות של העברת חום

כדי שהעברת חום ממדיום אחד למשנהו תהיה יעילה, חייב להיות כוח מניע, במקרה זה, אנו קוראים להפרש הטמפרטורה בין שני הנוזלים הכוח המניע. במובן זה, אנרגיה מועברת מהאזור החם יותר לאזור הקר יותר.

למרות שצפוי שכל החום המוותר על ידי השלב החם ביותר הוא חום שנספג או נצבר על ידי השלב הקר ביותר, האיזון אינו ישיר, יש הפסדי חום.

תופעת העברת החום מבוססת על עקרון האפס של התרמודינמיקה, המסביר את הדרך בה נוזלים באים במגע הם מגיעים לשיווי המשקל התרמי שלהם, ומשווים את הטמפרטורות שלהם אם הזמן ואזור המגע מספיקים כדי להגיע לנקודה של איזון.

טיפולוגיות

כשמדברים על טיפולוגיה מתייחסים לחלוקה הגדולה ביותר שקיימת על בסיס סוג המגע בין שלבים. כפי שאמרנו היטב, אם המגע בין התקשורת הוא ישיר, כלומר, אין זרימה אחרת של העברת חום בין הנוזלים שרצוי להחליף אנרגיה, ואז הוא מגיב בצורה כזו יָשָׁר. מגדלי קירור הם מקרה אופייני לסוג זה של חילופי דברים, שכן, למשל, מי קירור או מי מגדל נכנסים דרך חלק עליון, ובחלק התחתון, כנגד הזרם, מושרה זרם אוויר כך שיש העברת חום ומסה צָפוּי.

מצד שני, כשאנחנו מתייחסים למחליפים עקיפים, אנחנו מדברים על ציוד שיש משטח העברת חום ביניים, כגון מוצק או אפילו אחר שׁוֹטֵף. במקרה זה, התהליך מתרחש עם הסעה או הולכה. ברוב המחליפים, מנגנוני העברת המסה הם על ידי: הסעה, כאשר הנוזל החם מעביר את החום שלו לקיר פנימי של צינור ואז זה מעביר אותו מהדופן החיצונית לנוזל השני במגע, ומצד שני, הולכה פנימית בדופן הצינור.

ניתן גם לסווג אותם לפי סוג הזרימה: זרימה מקבילה, אם הזרמים נעים באותו כיוון, זרם נגדי, אם הם מחליפים חום בעת נסיעה בכיוונים מנוגדים או, זרימה צולבת כאשר הנוזלים עוברים דרך הציוד בניצב זה לזה.

כמו כן, ישנם מחליפי מעבר יחיד או רב מעבר, תלוי כמה פעמים הנוזל עובר לאורך המחליף ובא במגע עם השלב השני.

לבסוף, ניתן לתת את הסיווג על סמך הגיאומטריה שלו: בקירוב אנו מוצאים: מחליפי חום צינורות ומחליפי חום ומחלפי חום צלחות. בראשון שבהם הוא מורכב (כפי ששמו מעיד) ממעטפת או מעטפת וראשים המחזיקים את צרור הצינורות בפנים. דרך הצינורות מסתובב נוזל מסוים שמחליף חום עם הנוזל שמסתובב דרך המעטפת ומציף אותו. הנוזל יכול לעבור שלב אחד או שהוא יכול לעבור יותר משלב אחד. במקרה זה, עלות הבנייה שלו גבוהה; עם זאת, הם יכולים לפעול בלחצים גבוהים ומתוכננים על סמך אזור המגע הדרוש להעברת חום, כך שגודלו יכול להשתנות בהתאם לצרכים של תהליך. התחזוקה פשוטה, למרות שהצינורות עשויים להיות מעט קשים לניקוי, ניתן לעשות זאת כימית או מכנית וניתן להסיר את לוחית מחזיק הצינור לבדיקת סתימה של חלק הֵם.

במקרה של מחליפי חום צלחות, הם מורכבים ממספר צלחות המזרימות בין כל אחת מהן את נוזלי החילוף השונים. בין הצלחות יש אוויר. כצפוי, שטח הצלחות גדול בהרבה משטח הצינור, כך שכושר ההחלפה גדל מאוד. בעוד צרורות צינורות פועלות בלחצים גבוהים, מחליפי חום צלחות מוגבלים ללחצים שלא יעלו על 25 בר. הם משמשים בדרך כלל בתעשיית המזון, שם נדרש הקפדה יתרה על היגיינה, שכן בשל המבנה שלהם קל יותר לנקות אותם ומונעים משקעים.