Теплообменник: как правильно выбрать – поэтапность
Учитывая разнообразие конструкций теплообменников, представленных на рынке, выбор наиболее подходящей конструкции для передачи тепла между жидкостями требует некоторых знаний о различиях между типами теплообменников.
В этой статье мы обсудим ключевые характеристики:
Пластинчатые теплообменники
Кожухотрубные теплообменники
Скребковые теплообменники
Ключевым вопросом при выборе теплообменника всегда является: «Какой тип теплообменника требуется для моего процесса?»
Пластинчатый теплообменник
Когда это возможно, использование пластинчатого теплообменника является правильным выбором, поскольку это наиболее эффективный и наименее дорогой вариант. Однако, когда жидкости очень вязкие (густые) или содержат твердые частицы, трубчатые теплообменники могут быть более эффективными.
Скребковые теплообменники — самый дорогой вариант; они также являются наиболее эффективным выбором, когда жидкости невероятно густые или содержат крупные частицы. Скребковую поверхность можно использовать для всех продуктов, но они намного дороже и имеют меньшую производительность.
Ключевые характеристики перерабатываемых жидкостей
Теплообменник: как правильно выбрать - Пищевая промышленность
Теплообменник: как правильно выбрать - Молочная промышленность
Теплопередача внутри задней крышки теплообменника автомобиля маз 5516 приводит к изменению температуры обеих жидкостей, понижая температуру более теплой жидкости и повышая температуру более холодной жидкости.
Свойства жидкости частично определяют тип теплообменника для конкретного применения.
Типы жидкостей включают в себя:
Вода
Масла
Молоко
Косметика
Фармацевтика
К термическим свойствам жидкостей относятся:
Температура
Кислотность
Скорость потока
Коррозионная активность
Вязкость
Пластинчатые теплообменники работают с жидкостями низкой и средней вязкости при более высоких скоростях потока, чем модели с трубчатыми или скребковыми поверхностями.
Коррозионная активность жидкостей является важным фактором из-за их воздействия на компоненты теплообменника. Графит используется в некоторых промышленных и фармацевтических целях, если продукт вызывает коррозию. Когда жидкости имеют высокое содержание солей, для изготовления теплообменника рекомендуется использовать еще более устойчивый к коррозии материал, например титан.
Производители теплообменников обычно запрашивают дополнительную информацию о жидкостях, прежде чем предоставить точное ценовое предложение, в том числе:
Тепловая нагрузка
Температурная программа
Физические свойства рассматриваемых жидкостей (если это не стандартный продукт, например, молоко, вода или пиво)
Желаемое рабочее давление
Максимально допустимое падение давления
Доступное давление пара
Рассмотрите поэтапность
Теплообменники делятся на две основные категории в зависимости от обрабатываемых жидкостей (жидкостей или газов).
Однофазные теплообменники обрабатывают только одну фазу — жидкость или газ.
Двухфазные теплообменники можно использовать для превращения жидкости в газ. Такие агрегаты иногда называют котлами. Их также можно использовать в системах конденсации и испарения.
Устройства, предназначенные для охлаждения газов с целью их конденсации в жидкость, называются конденсаторами.
Ключевые факторы проектирования теплообменников
Некоторые конструкции теплообменников обеспечивают более высокую скорость теплопередачи и работают при высоких температурах, чем другие конструкции. Высокие скорости теплопередачи или характеристики с близкими температурами могут включать охлаждение сливок до температуры менее 40°F или 34°F и охлаждение пивного сусла городской водой, насколько это возможно, чтобы ограничить нагрузку на гликолевый охладитель.
Размер и форма также являются важными факторами, поскольку ограничения пространства могут диктовать требования к расположению и занимаемой площади.
Необходимость расширения: если вероятна необходимость увеличения или уменьшения мощности теплопередачи, пластинчатые теплообменники являются отличным выбором, поскольку вы можете легко изменить мощность, добавляя или удаляя пластины.
На что обратить внимание при выборе теплообменника
В таблице ниже приведены некоторые соображения, которые следует учитывать при выборе теплообменника.
Когда следует выбирать пластинчатый теплообменник
В этом разделе мы сравниваем кожухотрубные и пластинчато-рамные теплообменники на основе:
Использование энергии
След
Простота обслуживания
Регулировка мощности
Капитальные затраты
Теплообменник: как выбрать правильный — иллюстрация основания
Меньшая занимаемая площадь и большая масштабируемость делают пластинчатые теплообменники лучшим выбором в приложениях, где пространство ограничено или требуется гибкость масштабирования.
1. Использование энергии
Пластинчатые теплообменники до пяти раз более эффективны, чем кожухотрубные конструкции. Во многих случаях можно восстановить больше тепла, заменив существующие кожухотрубные модели компактными теплообменниками.
Ряд пластин в пластинчато-рамном теплообменнике создает герметичные пространства между пластинами. В этих пространствах чередуются две жидкости — горячая и холодная. Конструкция обеспечивает очень высокую эффективность теплопередачи, поскольку пластины создают площадь поверхности, которая намного больше, чем кожухотрубные конструкции, которые помещаются в том же пространстве.
Теплообменник: как выбрать правильный — иллюстрация площади помещения
2. След
Кожухотрубные теплообменники требуют больше площади, чем пластинчатые теплообменники, как показывает сравнение слева.
3. Простота обслуживания
Качественные пластинчатые теплообменники могут эффективно работать долгие годы без обслуживания. Пластины легко доступны для осмотра или очистки . Интервалы очистки зависят от количества загрязнений или накипи.
Пластинчатые теплообменники гораздо легче чистить и обслуживать, чем кожухотрубные, поскольку их легче разбирать и проверять.
Пластины можно легко снять для чистки или ремонта, тогда как кожухотрубные модели более трудоемки.
Налеты ила или накипи на поверхностях снижают тепловой КПД теплообменника. Благодаря меньшей модульной конструкции пластинчатых и рамных теплообменников их очистка осуществляется быстрее и проще, чем кожухотрубные теплообменники большего размера.
4. Регулировка мощности
Пластинчатые теплообменники позволяют относительно легко регулировать производительность. Пластины легко доступны, добавляются и удаляются. Напротив, кожухотрубные агрегаты имеют фиксированную производительность на момент установки.
5. Капитальные затраты
Стоимость владения всегда является решающим фактором в процессе принятия решений. Пластинчатый теплообменник является самым дешевым вариантом, поскольку он может обеспечить высокие коэффициенты теплопередачи — с чистым противотоком — что обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу и наименьшую площадь поверхности. Затраты на техническое обслуживание также достаточно низкие, особенно по сравнению со скребковыми теплообменниками. Основные расходы — замена прокладок и изредка пластин.
Одним из ключевых преимуществ пластинчатых теплообменников является их модульность. Монтажники могут собрать или разобрать пластинчатые теплообменники на месте. Эти агрегаты имеют вес около 6% по сравнению с сопоставимыми кожухотрубными агрегатами и занимают около 10% площади.
Помимо капитальных затрат на оборудование, капитальные затраты могут включать:
Перевозки
Умение обращаться
Монтаж
Техническое обслуживание в течение всего срока службы устройства
Для повышения энергоэффективности использование теплообменника меньшего размера, отвечающего существующим требованиям, приводит к экономии средств на транспортировке и установке.
Когда следует выбирать кожухотрубный теплообменник
Основной кожухотрубный принцип перемещает продукт через пучок параллельных трубок с нагревающей жидкостью между трубками и вокруг них.
Жидкость, текущая внутри трубок, называется жидкостью со стороны трубки ; Жидкость, текущая по внешней стороне трубок, называется жидкостью со стороны оболочки . Жидкость со стороны трубки отделена от жидкости со стороны корпуса трубными решетками.
В приложениях, где две жидкости текут под разным давлением, жидкость с более высоким давлением обычно течет по трубкам, а жидкость с более низким давлением течет со стороны корпуса.
Причина в стоимости: трубки высокого давления дешевле, чем кожухи высокого давления.
Теплообменник: как выбрать правильный — кожухотрубная анимация
Из-за зазоров между кожухотрубками, чем между пластинами в пластинчатых теплообменниках, кожухотрубная конструкция является хорошим выбором для жидкостей, содержащих твёрдые частицы, таких как мясистые соки.
Поскольку кожухотрубные теплообменники состоят из большого корпуса сосуда под давлением с пучками труб внутри, они могут осуществлять теплообмен под более высоким давлением, чем некоторые другие конструкции.
Загрязнение
Еще одним преимуществом кожухотрубных конструкций является меньшая вероятность загрязнения оборудования перерабатываемыми жидкостями. Загрязнение теплообменников – это накопление отложений из жидкостей, проходящих через поверхности теплопередачи или через них.
Проблема загрязнения сводится к влиянию загрязнения на производительность теплообменника и к тому, насколько легко можно очистить оборудование.
Если сторона корпуса является подходящим вариантом для подачи сильнозагрязняющей жидкости, добавление перегородок к трубке может быть эффективным способом увеличить турбулентность или уменьшить вероятность прилипания частиц к внутренней части оболочки или к внешней стороне трубок.
Загрязнение теплообменника
Засорение теплообменников происходит по нескольким причинам:
Кристаллизация. Это вызвано солями, которые растворяются и кристаллизуются при охлаждении. Рассмотрите кожухотрубные конструкции для жидкостей с высоким содержанием солей, подверженных сильным изменениям температуры.
Седиментация или отложения песка, ржавчины или других соединений: Седиментация происходит из продуктов коррозии, оксидов металлов, ила, глинозема и двухатомных организмов (микроводорослей) и их экскрементов. В некоторых случаях можно внести корректировки скорости, чтобы уменьшить влияние седиментации.
Коррозия. Загрязнение, вызванное коррозией, может повлиять на характеристики теплопередачи оборудования, поэтому учитывайте свойства материалов и жидкостей теплообменника, чтобы избежать коррозии, когда это возможно. Чтобы узнать больше, прочитайте «Как чистить и обслуживать теплообменник».
Инкрустация: скопление корки или налета от обрабатываемых жидкостей, минералов или чистящих средств на поверхности деталей теплообменника.
Накипь: тип накипи, вызванный карбонатом кальция, сульфатом кальция и силикатами.
Биологический рост. Источниками биологического загрязнения являются бактерии, нематоды и простейшие.
Когда следует выбирать скребковый теплообменник
Некоторые процессы требуют теплопередачи, которая предотвращает загрязнение вязкими и липкими продуктами. В этих процессах скребковые теплообменники являются правильным выбором из-за их способности обрабатывать жидкости, которые содержат большое количество твердых частиц или высокую вязкость.
Использование конструкции со скребковой поверхностью может помочь переработчикам перейти от периодической обработки к непрерывной. Хотя при фармацевтическом производстве может потребоваться периодическая обработка для удовлетворения требований безопасности и чистоты, в пищевой промышленности часто предпочтительна непрерывная поточная обработка из-за ее потенциала для сокращения отходов и повышения производительности.
Кроме того, скребковые теплообменники могут осуществлять фазовый переход (для таких продуктов, как мороженое) и испарение для приготовления и концентрирования таких продуктов, как соусы.