طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای و فرآیند تولید آنها

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:98
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چکیده ۱

مبدلهای حرارتی صفحه ای تجهیزات بسیار مهمی هستند که به صورت گسترده در فرایندهای حرارتی ، حرارت و برق ، تهویه مطبوع و تبرید ، بازیافت حرارت ، صنایع تولیدی و حمل و نقل استفاده می شوند . تحقیقات مداوم برای دستیابی به راندمان بیشتر و قیمت کمتر نهایتاً منجر به توسعه و تکمیل چندین نوع مبدل حرارتی غیر از مبدل پوسته و لوله (که متداول است) گردید.

یکی از موفق ترین مبدل های حرارتی عبارت است از مبدل حرارتی صفحه ای با واشر سرتاسری که اولین بار در ۱۹۳۰ عرضه گردید تا بتواند جوابگوی نیازهای بهداشتی صنایع شیر باشد.

 این پایان نامه به مبدلهای حرارتی صفحه ای ( PHE ) می پردازد که یکی از مشهورترین انواع مبدل ها در صنعت هستند . هدف کلی این پایان نامه تشریح جامع این نوع از مبدلها اعم از فرایند طراحی و تولید و مزایا و معایب آنهاست .

فصل ۱ ۲

ساختمان و عملکرد مبدلهای صفحه ای ۲

فرایند تبادل حرارتی میان دو یا چند سیال با دماهای مختلف در اغلب فرایندهای صنعتی، تجاری و خانگی اتفاق می افتد و معمولا برای این کار از مبدل های حرارتی استفاده می شود. طیف وسیعی از مبدل های حرارتی با شکل، اندازه، نحوه انتقال حرارت و ویژگی های متفاوت دیگر استفاده می‌شوند که در فرایندهای مختلف، صنایع نفت، نیروگاه ها، حمل و نقل، تهویه، تبرید، و صنایع بیومیدیکال و سرمازای کریوژنیک و غیره مورد بهره برداری قرار می گیرند. مبدل ها را می توان براساس نحوه تماس (مستقیم و غیرمستقیم) دسته بندی کرد. در گذشته گرمای انتقال یافته از طریق سیالات با تماس مستقیم انجام می  شد و دیواره سیالات را از هم جدا نمی کرد. در این شیوه به علت فقدان دیواره میان سیالات، دماهای اپروچ یا تقریب دقیق تری به دست می آید و انتقال حرارت غالبا همراه با انتقال جرم نیز می باشد. برج خنک کن نمونه ای از یک مبدل حرارتی از نوع تماس مستقیم است. در مبدل های حرارتی که از تماس غیرمستقیم یا ترانسمورال استفاده می کنند، یک دیواره (به شکل ورق، لوله یا در مواردی به صورت دیگر اشکال غیر دایره ای جریان سیالات داغ و سرد را از هم جدا می کنند و تبادل حرارت میان آن ها از طریق این سطح اتفاق می افتد. مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله و صفحه ای (یا صفحه و قاب) نمونه هایی از مبدل های تماس غیرمستقیم هستند؛ سیستم بازیاب حرارت گردان نیز نمونه ای از مبدل تماس غیرمستقیم است که در آن گرما به شیوه انتقالی مبادله می شود. مبدل ها را می توان براساس ویژگی های ساختاری آن‌ها، وضعیت های انتقال حرارت و مشخصه های کارکرد حرارتی طبقه بندی کرد.

شدت رقابت در بازارهای جهانی و نیاز روز افزون به صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش اثرات زیست محیطی فرایندها سبب شده است که مصرف کنندگان به سمت استفاده از مبدل های با کارایی بالا متمایل شوند. با وجودی که هنوز به وفور از مدل های حرارتی پوسته و لوله در صنایع مختلف استفاده می شود و کارایی آن ها را می توان با استفاده از وسایل تقویتی در آن ها بسیار بالا برد ، اما به نظر می رسد که این مبدل ها از نظر نسبت قطرها و مساحت سطح هیدرولیک به حجم بسیار بزرگ هستند. آگاهی مهندسین از این مشکل سبب توسعه انواع مبدل‌های مختلف دیگر شده است که کارایی بالایی دارند و بسیار جمع و جورترند  . یک مبدل حرارتی کم حجم یا جمع و جور مبدلی است که چگالی مساحت سطح انتقال آن در حداقل یکی از طرف های سیال بیش تر از ۷۰۰ m2/m3 باشد  .این مبدل ها نه تنها جای کوچکتری اشغال می کنند بلکه ویژگی های ساختاری آن ها به گونه ای است که کارایی هیدرولیکی – حرارتی بهتری ایجاد می کنند و بازدهی انرژی آن ها بیش تر و هزینه های بهره‌برداری از آن ها، هزینه های سرمایه ای و مواد در آن ها کمتر است.

هر چند مبدل های حرارتی صفحه ای (PHE) به لحاظ جمع و جور بودن در رده پایین طبقه‌بندی مبدل ها بر این اساس قرار می گیرند ، اما این مبدل ها نسبت به مدل های دیگر بسیار جمع و جورتر، دارای مزایای زیاد و ویژگی های کاری منحصر به فردی هستند. از جمله این مزایا می‌توان به درجه بندی حرارتی قابل انعطاف این مبدل ها (به راحتی می توان صفحات را اضافه یا کم کرد تا جوابگوی نیازهای مختلف به بار حرارتی باشند)، تمیزکاری راحت آن ها در شرایط بهداشتی حاد (مثلا در صنایع غذایی) دارویی و صنایع فرآوری لبنیات)، اختلاف دمای اپروچ پایین در هنگام استفاده از شیوه جریان معکوس یا مخالف خالص (که برای مواردی لازم است که در آن ها به شرایط کرایوژنیک و تعدیل روند کاهش دمای شماری از سیالات فرایند نیاز داریم)، و افزایش کارایی انتقال حرارت اشاره کرد؛ بنابراین طرح PHE ها ماهیتا بسیار خاص است چرا که توأما باید به انواع صفحات و شیارهای سطحی آن ها، آرایش جریان ها، مشخصه های عملکردی آن ها و ویژگی های ساختاری و کاری آن ها اشاره کرد.

۲-۱ سابقه تاریخی استفاده از مبدل ها ۴
۳-۱ ساختمان ۶
۴-۱ مشخصه های عمومی مبدل های صفحه ای ۸

فصل ۲ ۱۲

ساختار و کارکرد مبدل های حرارتی صفحه ای ۱۲
۱-۱-۲ الگوهای صفحه ای شیاردار ۱۳
۲-۲ ارزیابی مبدل های حرارتی صفحه ای ۱۴
۱-۲-۲ مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده (BPHE) 15
۲-۲-۲ مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوش شده ۱۵
۳-۲-۲ مبدل های حرارتی صفحه ای کاملا جوش شده ۱۶
۴-۲-۲ مبدل حرارتی صفحه ای با شکاف عریض ۱۷
۵-۲-۲ مبدل های حرارتی صفحه ای دو جداره ۱۸
۶-۲-۲ مبدل حرارتی صفحه ای گرافیت دیابون ۱۸
۷-۲-۲ مبدل حرارتی صفحه ای مینکس ۱۹
۳-۲ بهره برداری و انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای ۱۹

فصل ۳ ۲۲

کاربردهای صنعتی مبدل های صفحه ای ۲۲
۱-۳ صنایع غذایی ۲۲
۲-۳ سیستم های تهویه و تبرید ۲۴
۳-۳ استفاده از مبدل ها در گرمایش بخش های خدماتی و تولید هم زمان ۲۶
۴-۳ استفاده از این مبدل در صنایع نفت و گاز فراساحلی ۲۸
۵-۳ کاربردهای دریایی مبدل های صفحه ای ۲۹
۶-۳ فرایندهای شیمیایی ۳۰
۷-۳ استفاده از مبدل های صفحه ای در صنایع خمیر و کاغذ ۳۳
۸-۳ استفاده از مبدل های صفحه ای در سیستم های انرژی خورشیدی ۳۴
۹-۳ نتیجه گیری ۳۶

در پایان، باید گفت که جاهایی که از مبدل های صفحه ای استفاده می شود بسیار بیش تر از آن است که بتوان آن را ذکر کرد. در اغلب صنایع  دیگر مانند داروسازی، وسایل برقی و الکترونیکی، صنعت فلزات و فولاد و صنعت خودرو نیز از مبدل های صفحه ای استفاده می شود اما در شماری از این صنایع به مبدل های خاص نیاز است.

فصل ۴ ۳۷

فرایند تولید مبدلهای صفحه ای ۳۷
۱-۴ جنس صفحات ۳۷
۲-۴ جنس واشرها ۴۰
۳-۴ شیوه های تولید مبدل ها ۴۲
۱-۳-۴ مبدل های صفحه و قاب ۴۳
۲-۳-۴ مبدل های حرارتی لحیم شده ۴۳
۳-۳-۴ مبدل های صفحه ای نیم جوش شده ۴۴
۴-۳-۴ مبدل های حرارتی صفحه ای تمام جوش شده ۴۵

فصل ۵ ۴۶

فرایند طراحی مبدلهای صفحه ای ۴۶
۱-۵ مقدمه ۴۶

طراحی حرارتی – هیدرولیکی مبدل های صفحه ای با روش عمومی مشابه طراحی دیگر مبدل ها انجام می شود. ملاحظات اصلی در طراحی مبدل ها عبارتند از:

مشخصات مسأله فراروی ما یا طرح و فرایند

طراحی حرارتی و هیدرولیکی

طراحی مکانیکی یا ساختاری و محدودیت های موجود بر سر راه بهره برداری و نگهداری مبدل

ملاحظات مربوط به تولید و هزینه

عوامل متوازن کننده و بهینه سازی براساس سیستم

در مشخصات مساله یا طرح و فرایند، تمامی اطلاعات ضروری برای طراحی و بهینه سازی مبدل در یک کاربرد خاص ارایه می شود. در این مشخصه ها، نوع ساختار و مواد مورد استفاده در مبدل، نوع سیالات و آرایش جریان آن ها، بار حرارتی و محدودیت های افت فشار و … وجود دارد. طراحی حرارتی – هیدرولیکی مبدل حرارتی مستلزم ارزیابی کمی افت فشار و انتقال حرارت یا اندازه بندی مبدل و درجه بندی آن است. طراحی مکانیکی شامل جوانب ضروری انسجام سازه ای یا مکانیکی مبدل تحت شرایط کاری ناپایدار و پایدار و نیز انطباق مبدل با کدها و استانداردهای محلی، ملی و بین المللی است (مثل TEMA ، بخش VIII استاندارد API , ASME و دیگر کدهای مربوط به خستگی و مخازن تحت فشار). ارزیابی های تولیدی و برآورد هزینه های ضروری باید طوری انجام شوند که بتوان برای بهینه سازی سیستم مصالحه لازم را انجام داد. در مساله به غایت پیچیده طراحی مبدل، تنها در یک بخش از کل فرایند طراحی ارزیابی تحلیلی کمی داریم. با توجه به تعداد زیاد ارزیابی های کیفی و موازنه هایی که باید در طراحی مبدل انجام شوند، می توان گفت که طراحی یک مبدل حرارتی چیزی فراتر از یک فن و مهارت بلکه یک هنر است .

مشخصات اصلی مسایل طراحی حرارتی و هیدرولیکی مبدل های حرارتی، مشخصه های مربوط به درجه بندی و سایزبندی مبدل هاست. مساله درجه‌بندی مبدل ها با تعیین بار حرارتی، دماهای خروجی سیالات و افت فشار در هر طرف در یک مبدل مشخص می شود. با این کار کمیت های زیر تعیین می شوند:

نوع ساختار و اندازه با ابعاد تفصیلی، آرایش جریان، مشخصه های حرارتی و هیدرولیکی و شرایط کاری (بهره برداری)، جریان های سیال (دبی ها، دماهای ورودی، عوامل رسوب گیری و غیره). از طرفی مساله سایزبندی نیازمند تعیین نوع ساختار، آرایش جریان، مساحت سطح مورد نیاز (یا اندازه مبدل) برای یک مجموعه معین از جریان های سیال و شرایط کاری آن ها (دماهای ورودی و خروجی و دبی ها)، بار حرارت معین شده و محدودیت های مربوط به افت فشار است .

۲-۵ معادلات اصلی طراحی و معادله انرژی ۴۷
۳-۵ روش های طراحی حرارتی ۵۰
۱-۳-۵ روش اختلاف دمای متوسط لگاریتمی ۵۱
۲-۳-۵ روش ۵۵
۴-۳-۵ روش اندازه بندی و درجه بندی مبدل ها ۵۹
۴-۵ روش های طراحی هیدرودینامیکی ۶۲
۵-۵ ضریب انتقال حرارت کل متغیر ۶۶
۶-۵ اختلاط حرارتی ۶۷
۷-۵ خصوصیات مبدل ۷۱
۸-۵ افت فشار در مبدل های صفحه ای ۷۵
۹-۵ تصحیح اختلاف درجه حرارت متوسط لگاریتمی ۷۶
۱۰-۵ رسوب ۷۸
۱۱-۵ محدودیت های فشار ۸۱
۱۲-۵ محدودیت های درجه حرارت ۸۱
۱۳-۵ محدودیتهای دیگر ۸۲
منابع ۹۴

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت