ความหมายของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

แคนเดลา โรซีโอ บาร์บิซาน
วิศวกรเคมี

ภาชนะบรรจุภายใต้ความดันซึ่งเกิดการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างของไหลสองชนิด นั่นคือการถ่ายเทความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ กระบวนการนี้สามารถทำได้โดยตรง หากสื่อทั้งสองสัมผัสกัน หรือโดยอ้อมหากมีของไหลอื่นอยู่ระหว่างสื่อทั้งสอง

พื้นฐานของการถ่ายเทความร้อน

เพื่อให้การถ่ายโอนความร้อนจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่งมีประสิทธิภาพ ต้องมีแรงผลักดัน ในกรณีนี้ เราเรียกความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของไหลทั้งสองว่าแรงผลักดัน ในแง่นี้ พลังงานจะถูกถ่ายโอนจากบริเวณที่ร้อนกว่าไปยังบริเวณที่เย็นกว่า

แม้ว่าจะคาดว่าความร้อนทั้งหมดที่ได้รับจากช่วงที่ร้อนที่สุดจะถูกดูดซับหรือได้รับจากช่วงที่เย็นที่สุด แต่ความสมดุลนั้นไม่ได้เกิดขึ้นโดยตรง แต่มีการสูญเสียความร้อน

ปรากฏการณ์การถ่ายเทความร้อนเป็นไปตามหลักการ Zero Principle of Thermodynamics ซึ่งอธิบายถึงวิธีการสัมผัสของเหลว พวกเขาไปถึงสมดุลทางความร้อนโดยปรับอุณหภูมิให้เท่ากันหากเวลาและพื้นที่สัมผัสเพียงพอถึงจุด สมดุล.

ประเภท

เมื่อเราพูดถึงการจำแนกประเภท เราหมายถึงการแบ่งที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่ตามประเภทของการติดต่อระหว่างเฟส อย่างที่เราพูดกัน ถ้าการติดต่อระหว่างสื่อโดยตรง นั่นคือไม่มีการไหลอื่น ๆ การถ่ายเทความร้อนระหว่างของไหลที่ต้องการแลกเปลี่ยนพลังงานก็จะตอบสนองในลักษณะดังกล่าว ตรง. หอหล่อเย็นเป็นกรณีทั่วไปของการแลกเปลี่ยนประเภทนี้ ตัวอย่างเช่น น้ำหล่อเย็นหรือน้ำจากหอผ่านเข้ามาทาง ส่วนบนและส่วนล่าง ต้านกระแสลม กระแสอากาศถูกเหนี่ยวนำให้เกิดการถ่ายโอนความร้อนและมวล ที่คาดหวัง.

ในทางกลับกัน เมื่อเราพูดถึงอุปกรณ์แลกเปลี่ยนทางอ้อม เรากำลังพูดถึงอุปกรณ์ที่มี พื้นผิวถ่ายเทความร้อนระดับกลาง เช่น ของแข็ง หรือแม้แต่พื้นผิวอื่น คล่องแคล่ว. ในกรณีนี้ กระบวนการเกิดขึ้นด้วยการพาความร้อนหรือการนำไฟฟ้า ในตัวแลกเปลี่ยนส่วนใหญ่ กลไกการถ่ายเทมวลเกิดจากการพาความร้อน เมื่อของไหลร้อนถ่ายเทความร้อนไปยังผนัง ภายในของท่อและจากนั้นก็ส่งผ่านจากผนังภายนอกไปยังของไหลอื่นที่สัมผัสกัน และในทางกลับกัน การนำภายในของผนังท่อ

นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกตามประเภทของการไหล: การไหลแบบขนาน ถ้ากระแสเดินทางในทิศทางเดียวกัน กระแสทวน หากแลกเปลี่ยนความร้อนเมื่อเดินทางในทิศทางตรงกันข้าม หรือไหลข้ามเมื่อของไหลเคลื่อนที่ผ่านอุปกรณ์ในแนวตั้งฉากซึ่งกันและกัน

ในทำนองเดียวกัน มีตัวแลกเปลี่ยนแบบผ่านเดียวหรือหลายตัว ขึ้นอยู่กับจำนวนครั้งที่ของไหลเดินทางตามความยาวของตัวแลกเปลี่ยนและสัมผัสกับอีกเฟสหนึ่ง

ในที่สุด การจำแนกประเภทสามารถกำหนดได้ตามรูปทรงเรขาคณิต: เราพบคร่าวๆ: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อและเปลือก และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ในตอนแรกประกอบด้วย (ตามชื่อที่ระบุ) ของปลอกหรือปลอกและหัวที่บรรจุมัดของหลอดไว้ด้านใน ผ่านท่อหมุนเวียนของเหลวบางอย่างที่แลกเปลี่ยนความร้อนกับของไหลที่ไหลเวียนผ่านท่อทำให้น้ำท่วม ของไหลสามารถผ่านขั้นตอนเดียวหรือผ่านมากกว่าหนึ่งขั้นตอนก็ได้ ในกรณีนี้ต้นทุนการก่อสร้างสูง อย่างไรก็ตามสามารถทำงานที่แรงดันสูงและได้รับการออกแบบตามพื้นที่สัมผัสที่จำเป็น เพื่อการถ่ายเทความร้อน ดังนั้น ขนาดของมันสามารถแปรผันตามความต้องการของ กระบวนการ. การบำรุงรักษาทำได้ง่าย แม้ว่าท่ออาจจะทำความสะอาดค่อนข้างยาก แต่ก็สามารถทำได้ ทางเคมีหรือทางกลไก และเป็นไปได้ที่จะถอดแผ่นยึดท่อออกเพื่อตรวจสอบการอุดตันของบางส่วน พวกเขา.

ในกรณีของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน แผ่นเหล่านี้ประกอบด้วยแผ่นหลายแผ่นที่กระจายและหมุนเวียนของเหลวแลกเปลี่ยนที่แตกต่างกันผ่านแต่ละแผ่น ระหว่างจานมีอากาศ ตามที่คาดไว้ พื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ของท่อ ดังนั้นความสามารถในการแลกเปลี่ยนจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในขณะที่ชุดท่อทำงานที่แรงดันสูง แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนจะถูกจำกัดไว้ที่แรงดันไม่เกิน 25 บาร์ โดยทั่วไปจะใช้ในอุตสาหกรรมอาหารที่ต้องการการดูแลสุขอนามัยเป็นพิเศษ เนื่องจากโครงสร้างจึงทำความสะอาดได้ง่ายกว่าและป้องกันการตกตะกอน