مبدل های حرارتی و دسته بندی مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی و دسته بندی مبدل های حرارتی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                               صفحه

پیشگفتار.................................................................................................................................................................................. 3

دسته بندی مبدل های حرارتی. 5

بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم. 5

بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم. 6

بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم. 8

بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها 9

اصول طراحی مبدل های حرارتی. 20

1- تعیین مشخصات فرآیند و طراحی. 24

2- طراحی حرارتی و هیدرولیکی. 28

3- طراحی مکانیکی. 33

4- ملاحظات مربوط به تولید و تخمین  هزینه ها 37

5-  فاکتورهای لازم برای  سبک و سنگین کردن. 39

6-  طراحی بهینه. 40

7- سایر ملاحظات.. 40

نرم افزار HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی ) 41

TASC، طراحی حرارتی ، بررسی عملکرد و شبیه سازی مبدلهای پوسته و لوله. 42

FIHR، شبیه سازی کوره ها با سوخت گاز و مایع. 42

MUSE، شبیه سازی مبدلهای صفحه ای پره دار 43

TICP، محاسبه عایقکاری حرارتی. 43

PIPE، طراحی، پیش بینی و بررسی عملکرد خطوط لوله. 44

ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک.. 44

FRAN، بررسی و شبیه سازی مبدلهای نیروگاهی. 45

TASC، طراحی حرارتی ، بررسی و شبیه سازی مبدلهای حرارتی پوسته و لوله. 46

توانایی ها 46

کاربرد در فرآیند. 47

مشخصات فنی و توانایی ها 48

خواص فیزیکی. 49

بررسی ارتعاش ناشی از جریان. 49

خروجی. 50

ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک.. 52

طراحی. 52

کاربرد در فرآیند. 53

مشخصات فنی و توانایی. 54

نتایج خروجی. 56

PIPESYS ، شبیه سازی خطوط لوله. 58

امکانات و توانایی ها 59

نمونه هایی از کاربرد PIPESYS در عمل. 60

نرم افزار Aspen B-jac. 61

آشنایی با نرم افزار Aspen Hetran. 63

نحوه کار نرم افزار  Hetranدر حالت طراحی. 65

محیط نرم افزار Aspen Hetran. 72

تعریف مساله ( Problem Definition ) 73

اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data ) 83

ساختار مبدل ( Exchanger Geometry ) 94

داده های طراحی (  Design Data) 106

تنظیمات برنامه ( Program Options ) 113

نتایج ( Results ) 117

خلاصه وضعیت طراحی. 118

خلاصه وضعیت حرارتی. 121

خلاصه وضعیت مکانیکی. 125

جزئیات محاسبه ( Calculation Details ) 127

آشنایی با نرم افزار Aerotran. 129

روش های طراحی نرم افزار Aerotran. 131

آشنایی با نرم افزار  Teams. 133

برنامه Props. 136

برنامه Qchex. 138

برنامه Ensea. 140

برنامه Metals. 142

برنامه  Primetal 144

برنامه Newcost 147

منابع و مواخذ. 149

پیش گفتار

مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. آنها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی  بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند.

مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند . این کاربردهای شامل  نیروگاه ها ، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید ، صنایع فرآیندی ، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز ، گرمایش ، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها ، برج خنک کن ، پیش گرم کن فن کویل ، خنک کن و گرم کن روغن ، رادیاتور ها ، کوره ها و ... کاربرد فراوان دارند.                  

 صنایع بسیاری در طراحی انواع مبدل های حرارتی فعالیت دارند و هم چنین ، دروس متعددی در کالج ها و دانشگاه ها با نام های گوناگون در طراحی مبدل های حرارتی ارائه     می گردد. محاسبات مربوط به مبدل ها کاری طولانی و گاهی خسته کننده است. مثلاً طراحی یک مبدل برای یک عملیات به خصوص نیاز به حدس های زیادی دارد که با استفاده از آن ها و طبق استانداردها می توان اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کرد. اما با استفاده از     برنامه های کامپیوتری تمام این محاسبات توسط کامپیوتر انجام میشود و طراح برای طراحی تنها باید شرایط عملیاتی و خواص سیالات حاضر در عملیات را وارد کند. نرم افزارهای  Aspen B-jac و  HTFS از این موارد هستند. این نرم افزارها شامل برنامه هایی می شوند که توانایی انجام چنین محاسباتی را دارند.

مبدل های نوری جریان‎

---

انیمیشین ساخت کندانسور و مبدل های حرارتی

---

پورپوزال کامل ارائه روشی نوین جهت کاهش توان مصرفی مبدل های آنالوگ به دجیتال FLASH

از عمده ترین مزایای کار با سیگنال های دیجیتال می توانبه پردازش، ذخیره سازی و انتقال ساده تر سیگنال های دیجیتال در مقایسه با سیگنال های آنالوگ اشاره کرد. مبدل های A/D  دارای سرعت بالا، به عنوان یک جزء لازم و مکمل سیستم ها بیسیم پیشرفته نظیر سیستم های بیسیم باند فوق عریض عمل می نمایند. مبدل های آنالوگ به دیجیتال سریع(FLASH A/D)به علت انجام عملیات تبدیل تنها در یک پالس ساعت سریع ترین نوع مبدل در مقایسه با دیگر انواع بدل های A/D می باشند. مبدل های فلش نیاز به تقویت کننده های عملیاتی ندارند و مستعد جهت عملکرد ولتاژ پایین هستند.

مبدل های FLASH A/D بطور کلی از مدار تعقیب / نگهدارند (sample and hold)بلوک نردبان مقاومتی، بلوک مقایسه گرها و بلوک دیکدر همانطور که در شکل 1 نمایش داده شده است، تشکیل شده اند.سریع ترین نوع مبدل های فلش نرخ نمونه برداری فوق العاده زیادی دارند و لذا برای کاربردهای بالدرنگ و پهنای باند زیاد  ورودی مورد استفاده قرار می گیرند. معایب مبدل های فلش را می توان توان مصرفی بالا، حساسیت بالا به ولتاژ افست مقایسه کننده های و سطح زیاد اشغال شده روی تراشه برشمرد. با وجه به رابطه نمایی بین رزولیشن (تعداد بیت خروجی) این مبدل ها با تعداد مقایسه گر های آن، لذا در این مبدل نمی توان به رزولیشن بالا درست یافت از هنگامی که سیستم های پردازشگر دیجیتال برای کاربردهایی با قابلیت جابجایی سیستم(portability) یا در برخی کاربردهای ارتباط راه دور که نیاز به بخش های موازی زیادی دارند بکار گرفته شده اند، اتلاف توان به عنوان یک مسئله مهم در طراحی مبدل های A/D مطرح است. در این مبدل برای داشتن N  بیت در خروجی به تعداد 2N-1 مقایسه گر نیاز است، به همین دلیل مصرف توان مبدل های آنالوگ به دیجیتال فلش زیاد می باشد. از جمله روش های کاهش مشرف توان این نوع مبدل ها می توان ابه استفاده از مبدل های فلش دو طبقه اشاره کرد که در شکل 2، استفاده از مقایسه گر های با توان مصرفی پایین نظر مقایسه گر های لچ دینامیکی، استفاده از دیکدر درختی، استفاده از روش درونیابی خازی اشاره کرد.

مبدل حرارتی

پیش گفتار

مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. آنها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی  بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند.

مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند . این کاربردهای شامل  نیروگاه ها ، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید ، صنایع فرآیندی ، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز ، گرمایش ، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها ، برج خنک کن ، پیش گرم کن فن کویل ، خنک کن و گرم کن روغن ، رادیاتور ها ، کوره ها و ... کاربرد فراوان دارند.                  

 صنایع بسیاری در طراحی انواع مبدل های حرارتی فعالیت دارند و هم چنین ، دروس متعددی در کالج ها و دانشگاه ها با نام های گوناگون در طراحی مبدل های حرارتی ارائه     می گردد. محاسبات مربوط به مبدل ها کاری طولانی و گاهی خسته کننده است. مثلاً طراحی یک مبدل برای یک عملیات به خصوص نیاز به حدس های زیادی دارد که با استفاده از آن ها و طبق استانداردها می توان اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کرد. اما با استفاده از