///فهرست تجهيزات فرآيندي در مهندسي شيمي///

[Mahdi/s]

فهرست تجهيزات فرآيندي

توی این تاپیک سعی میشه فهرستی از تجهیزات مورد استفاده قرار داده بشه

امروزه در صنايع مختلف به منظور تسريع در فرآِيند ها از تجهيزات مختلفي بهره گرفته مي شود. در عرصه مهندسي شيمي كه از گسترده ترين صنعت ها به شمار مي آيد، تجهيزات متنوعي به كار گرفته مي شود كه هم صنايع شيميايي آلي و هم صنايع شيميايي غير آلي را شامل مي شود. به طور كلي در صنايع شيميايي ، مقادير زيادي مواد خام و انرژي به كار برده مي شود تا عمليات شيميايي و فيزيكي ، با كسب مقدار زيادي انرژي انجام گيرد و در مقابل ، انرژي حاصل از واكنش ها نيز زياد مي باشد. در حقيقت مفهوم صنايع شيميايي ، انتقال يك واكنش از تجهيزات آزمايشگاهي به دستگاه هاي صنعتي بوده كه در اصطلاح همان تجهيزات فرآيندي ناميده مي شود.

[Mahdi/s]

نام تجهيز :سنگ شكن (Crusher)سنگ شكن ها ماشين هايي با سرعت كم هستند و براي خرد كردن جامدات بزرگ و تبديل آنها به ذرات درشت به كار مي روند.

الف : سنگ شکن فکی
نام تجهيز :سنگ شكن فكي (Jaw Crusher)در سنگ شكن فكي، خوراك بين دو فك، كه دهانه V شكلي را در بالا مي سازد، وارد مي شود. يكي از فك ها، به نام ثابت يا فك سندان، تقريباً عمودي است و حركت نمي كند؛ ديگري، به نام فك آونگي، در يك صفحه افقي عقب عقب و جلو مي رود. فك آونگي با فك سندان زاويه 20 تا 30 درجه مي سازد، و توسط لنگ حركت مي كند و بر كلوخه هايي كه بين فك ها گير افتاده اند نيروي فشاري بزرگي را اعمال مي كند. وجوه فك به صورت تخت يا كمي محدب اند، و ممكن است شيارهاي افقي كم عمقي داشته باشند.
كلوخه هاي بزرگ كه بين قسمت هاي بالايي فك گير افتاده اند شكسته مي شوند. پس از كاهش اندازه كلوخه هايي كه بين فك گير افتاده اند نيروي فشاري بزرگي را اعمال مي كند. وجوه فك به صورت تخت يا كمي محدب اند، و ممكن است شيارهاي افقي داشته باشند. كلوخه هاي بزرگ كه بين قسمت هاي بالايي فك گير افتاده اند شكسته مي شوند. پس از كاهش اندازه كلوخه ها به مقدار كافي از ته ماشين بيرون بيرون مي ريزند، و سپس با بسته شدن فك ها دوباره خرد مي شوند، در فضاي تنگ تر زير مي ريزند، و سپس با بسته شدن فك ها دوباره خرد مي شوند. پس از كاهش اندازه كلوخه ها به مقدار كافي، از ته ماشين بيرون مي ريزند. فك در هر دقيقه 250 تا 400 مرتبه باز و بسته مي شوند.

ب:
سنگ شكن چرخشي نام تجهيز :سنگ شكن چرخشي (Rotary Crusher)سنگ شكن چرخشي را به صورت سنگ شكن فكي با فك هاي دايره اي مي توان در نظر گرفت كه مواد بين آنها هميشه در يك نقطه خرد مي شوند. كله گي سنگ شكن مخروطي در داخل محفظه قيفي شكل، كه دهانه آن در بالاست، مي چرخد. همان طور كه در شكل 1 نشان داده شده است، اين كله گي روي شفت سنگيني كه در بالاي ماشين لولا شده است قرار دارد. يك لنگ انتهاي پاييني شفت را مي چرخاند. لذا، در هر نقطه از محيط بدنه، كله گي سنگ شكن به طرف ديواره ساكن حركت مي كند، و سپس از آن دور مي شود. جامداتي كه در فضاي V شكل كله گي و بدنه گير افتاده اند آنقدر شكسته مي شوند تا بتوانند از پايين ماشين خارج شوند. كله گي سنگ شكن روي شفت مي تواند به آزادي بچرخد و سرعت چرخش آن، به علت اصطكاك با موادي كه خرد مي شوند، كم است.
سرعت كله گي سنگ شكن معمولاً 125 تا 425 دور در دقيقه است. چون قسمتي از كله گي خميشه كار مي كند، تخليه از سنگ شكن چرخشي پيوسته است، در حالي كه در سنگ شكن فكي به صورت منقطع است. بار وارده بر موتور تقريباً يكنواخت است و در مقايسه با سنگ شكن فكي، تعميرات و نگهداري كم تري نياز است وقدرت مصرفي براي هر تن ماده اي كه خرد مي شود كم تر است.

شكل 1 – سنگ شكن چرخشي

ج : سنگ شكن غلتكي نام تجهيز :سنگ شكن غلتكي (Roller crusher)غلتك هاي صاف فلزي كه روي محورهاي موازي افقي مي چرخند اجزاي اصلي سنگ شكن با غلتك صاف هستند كه در شكل 2 نشان داده شده است. ذرات خوراك كه بين غلتك ها گير افتاده اند با فشار شكسته مي شوند و از پايين مي ريزند. غلتك ها با سرعت يكسان به طرف هم مي چرخند. آن ها داراي طول نسبتاً كم و قطر بزرگي هستند و مي توانند كلوخه هاي نسبتاً بزرگ را له كنند. سرعت اين مدل از سنگ شكن ها از 50 تا 300 rpm مي باشد. اگر d عرض فاصله بين غلتك ها باشد، ماكزيمم اندازه محصول تقريباً با 2d است. اندازه ذره محصول به فاصله بين غلتك ها، و ظرفيت ماشين بستگي دارد. سنگ شكن ها با غلتك صاف وقتي داراي بيشترين كارايي اند كه نسبت كاهش اندازه 2 به 1 يا 4 به 1 باشد، يعني وقتي قطر ماكزيمم ذره محصول يك سوم يا يك چهارم قطر ماكزيمم ذره خوراك است.

شكل 2 – سنگ شكن با غلتك صاف

[Mahdi/s]

جوش آور نام تجهيز :جوش آور (Boiler)سایر اسامی:ديگ بخار - مولد بخارچكيده:
جوش آور محفظ هاي است كه با تغذيه آب به درون آن به كمك يك منبع گرمايي به طور پيوسته بخار توليد مي كند. در طرحهاي اوليه جوش آور پوست هاي ساده با يك لوله تغذيه و يك خروجي بخار بودكه روي آن با آجر پوشيده مي شد. سوخت در داخل پوشش ديگ سوزانده مي شد، سپس جوش آورهايي طراحي شد كه در آن آب از درون لوله ها و آتش از بيرون آن عبور مي كرد.
مقدمه:
امروزه اجزاي اصلي جوش آور را مي توان به صورت زير نام برد:

1. ديگ بخار (steam drum): ظرف استوانه اي بزرگي است كه به طور افقي كارگذاشته مي شود . درون نوع تكامل يافته آن تعداد زيادي جدا كننده آب وبخار (Separator) وجود دارد.
2. كوره (furnace) : محفظه اي است كه نفت كوره يا گاز طبيعي در آن مي سوزد.
3. مشعل (Burner): وسيله اي است كه براي سوزاندن نفت كوره ويا گاز طبيعي در مجاورت هوا در محفظه احتراق بكار مي رود. عموماً جوش آور را بويلر يا ديگ بخار نيز مي نامند. ما در اين متن از لفظ جوش آور استفاده مي كنيم.

شكل 1 - نماي كلي يك جوش آور

آبي كه قرار است در جوش آور بخار شود قبلا تحت عمل هوازدايي توسط هيدرازين يا ساير مواد شيميايي قرار مي گيرد. زيرا اگر حبابهاي هوا در اين آب وجود داشته باشد حجم مفيد آن كاهش مي يا بد و نتيجتاً داراي كاهش تبادل حرارت هستيم علاوه بر اين امكان خوردگي در سيستم افزايش پيدا مي كند . عمليات ديگري كه قبل از ورود آب به جوش آور بر روي آن انجام مي شود پيش گرم كردن آن است . اين كار براي بالا بردن راندمان سيستم انجام مي شود و به اين ترتيب است كه آب قبل از ورود به جوش آور وارد محفظه اي به نام اكونومايزر
(Economizer) مي شود. اكونومايزر در واقع مبدل پوسته و لوله اي است كه توسط دود خروجي از كوره آب را گرم مي كند. به اين صورت كه دود قبل از ورود به دودكش از اكونومايزر گذشته و سيال را گرم مي كند سپس از طريق دودكش به محيط فرستاده مي شود.

شرح و توصيف:

تقسيم بندي جوش آورها:
جوش آورها را مي توان از ديدگاههاي مختلف تقسيم بندي نمود. چند نوع از اين تقسيم بند ي ها به طور خلاصه در زيرآورده شده است. نحوه كار بعضي از انواع رايج اين جوش آورها در صفحات بعد توضيح داده خواهد شد.

1. تقسيم بندي بر اساس جهت محور پوسته(عمودي يا افقي)
2. تقسيم بندي بر اساس نحوه استفاده از آن(ثابت يا قابل حمل)
3. تقسيم بندي بر اساس وضعيت كوره
4. تقسيم بندي بر اساس وضعيت نسبي آب و گازهاي داغ (Water tube & Fire tube)

به جوش آورهايي كه آب داخل لوله جريان داشته باشد لوله آبي (Water Tube) گفته مي شود. دسته ديگر كه گازهاي داغ داخل لوله جريان دارد به جوش آورهاي لوله دودي (Fire Tube) معروف مي باشند. به علت اينكه اين جوش آورها متداول مي باشند درباره آنها بيشتر به بحث مي پردازيم.

شكل 2- نحوه حركت آب، بخار وهوا در يك جوش آور

كنترل وكاربرد جوش آورها

ابتدا به بررسي تامين هواي مورد نياز سوخت در كوره ها مي پردازيم، كه اين به دو روش متفاوت صورت مي گيرد:

1. روش استفاده از دمنده Forced Draft Fan
2. روش استفاده از مكنده Induced Draft Fan

در كوره هايي كه از دمنده استفاده مي شود بايد ساختمان كوره به نحوي باشد كه گازهاي گرم و شعله هاي حاصل از احتراق نتواند به بيرون راه پيدا كند، زي را فشار كوره كمي بيشتر از فشار جو است . مكنده را دركوره هايي به كار مي برند كه حجم كوره و تعداد مشعلهاي آن زياد باشد. زيرا با بودن مكنده در كوره، خلا ايجاد مي شود و هوا مي تواند از محلهاي معيني وارد كوره گردد. از امتيازات كوره هايي كه با دمنده كار مي كنند اين است كه به علت وجود خلا در كوره شعله و گازهاي گرم به خارج راه پيدا نمي كند. در مورد كنترل جوش آورها بايد به نكات زير توجه نمود:

1. ارتفاع مايع در ديگ بخار يكي از مهمترين چيزهايي است كه بايد به خوبي در هر جوش آوري كنترل گردد. زيرا اگر سطح مايع كم باشد با افزايش توليد امكان، اينكه تمام آب بخار شود زياد است. در چنين وضعي ممكن است كه قسمتهايي از ديگ بخار ذوب شود. از طرف ديگر اگر ارتفاع مايع زياد باشد توليد بخار كاهش مي يابد.
2. مقدار سوخت نيز بايد به خوبي كنترل گردد.چرا كه اگر سوخت كم شود توليد بخار پايين آمده و روند را به هم مي زند. اگر سوخت زياد باشد باعث ازدياد توليد بخار مي شود كه اين خود به كم كردن آب ديگ بخار كمك مي كند.
3. هوا جهت احتراق بايد كاملا كنترل شود، زيرا كمبود هوا باعث سوختن ناقص هوا و يا نفت كوره مي گردد و بالعكس ازدياد هوا ممكن است باعث خاموش شدن شعله مشعلها گردد.
4. كنترل مواد شيميايي جهت پيشگيري از خورندگي نيزاز نكات مهم است كه بايد به آن توجه شود.

[Mahdi/s]

جوش آور فاير تيوب

جوش آور فاير تيوب نام تجهيز :جوش آور فاير تيوب (Fire tube Boiler)سایر اسامی:لوله دودي اين جوش آورها از سه قسمت ديگ بخار، كوره و مشعل تشكيل شده اند. ساختمان آن بدين صورت است كه ديگ بخار آن به صورت يك دستگاه مبدل حرارتي پوسته و لوله است. اين جوش آور بيشتر در جاهايي كار گذاشته مي شود كه بخواهند از هدر رفتن گرماي حاصل از يك فعل و انفعال جلوگيري كنند(مثل گرماي حاصل از سوزاندن گوگرد و اكسيژن براي تهيه اسيد سولفوريك). در اين نوع جوش آورها گازهاي گرم از درون لوله هاي ديگ بخار مي گذرند و ضمن تبادل حرارت با آب داخل پوسته، آب را به بخار تبديل مي كنند. در يك نوع از جوش آورهاي Fire tube، ديگ عمودي بالا خشك است. اين جوش آور شامل يك پوسته استوانه اي عمودي حاوي يك آتشدان استوانه اي و تعدادي لوله هاي دودي كوچك است. گرماي ناشي از عبور آتش از ورقه هاي آتشدان به آب درون ديگ از طريق تابش انتقال مي يابد. گازهاي داغ به سمت بالا و از ميان لوله هاي دود به دودكش مي روند و در اين ميان قسمتي از گرماي خود را به فلز لوله ها مي دهند كه سبب انتقال گرما به آب درون ديگ مي شود . فشار اين نوع جوش آورها به ندرت از 200 psi تجاوز مي كند.

مزاياي جوش آورهاي فاير تيوب:
هزينه ساخت جوش آورهاي فايرتيوب كمتر از ساير انواع جوش آورها است، علاوه بر اين، جوش آورهاي فايرتيوب با داشتن سطح حرارتي مساوي آب بيشتري نسبت به ساير جوش آورها در ديگ بخار خواهند داشت. از اين مولدها معمولا براي توليد حجم كم بخار استفاده مي شود.

معايب جوش آورهاي فايرتيوب:
قسمت هاي مختلف جوش آورهاي فايرتيوب براي تميزكاري، بازرسي وتعميرات كمتر قابل دسترس است . ظرفيت اين نوع جوش آورها با بالا رفتن فشار و دماي مورد نياز محدوديت پيدا مي كند و به ضخامت جداره بيشتري احتياج دارد در نتيجه با كم و زياد شدن تقاضاي بخار كمتر هماهنگ مي شود، همچنين به دليل اينكه تغييرات درجه حرارت ايجاد تنش هاي زيادي در اجزاي جوش آور مي نمايد احتمال انفجار در اين نوع جوش آورها از ساير انواع بيشتر است، لذا ضريب اطمينان كمتري دارند.

شكل 3 - نمونه يك جوش آور فاير تيوب

[Mahdi/s]

جوش آور واتر تيوب جوش آور واتر تيوب نام تجهيز :جوش آور واتر تيوب (Water tube Boiler)جوش آورهاي Water tube نيز از ديگ بخار، كوره و مشعل تشكيل شده اند لكن از ديگ بخار (Steam Drum) آن لوله هاي زيادي منشعب شده و به ديگ ته نشين كننده (Mud Drum) وصل مي شود وضع انشعاب لوله ها و قرارگرفتن آنها در كوره به نحوي است كه:

• لوله هايي كه دورتر از آتش كوره قرار دارند آب را از ديگ بخار به ديگ ته نشين كننده مي برند، اين لوله ها را پايين بر (Downcomer) مي گويند.
• لوله هايي كه در مجاورت شعله آتش قرار دارند مخلوط آب و بخار آب را به ديگ بخار مي برند اين لوله ها را بالا بر (Riser) مي نامند.

بر حسب شرايط مختلف جوش آورهاي واترتيوب را با يك، دو يا بدون ديگ ته نشين كننده مي سازند . سيستم گردش آب در جوش آورهاي واتر تيوب مي تواند به صورت هاي زير باشد:

• سيستم گردش طبيعي آب (Natural Circulation) : مي دانيم سيال با جرم كمتر همواره بالاي سيال با جرم حجمي بيشتر قرار مي گيرد، اين پديده مبنايي در طراحي سيستم گردش آب جوش آورها است. بر اين مبنا اغلب لوله هاي انتقال آب و بخار، عمود بر سطح افق نصب مي شوند و معمولا يك مخزن جداكننده آب و بخار در بالاي جوش آور قرار داده مي شود. آب توسط لوله هاي پايين بر به پايين جوش آور منتقل و توسط لوله هايي به نام هدر (Header) در لوله هاي اصلي توزيع مي شود. همزمان آب،گرم شده، جرم حجمي آن كمتر شده و به بالا هدايت مي شود. بنابراين سرعت لازم در جريان آب بر اساس وزن ستون آب (موجود در لوله هاي پايين بر ) و تفاوت جرم حجمي در لوله هاي اصلي حاصل مي گردد.
• گردش اجباري كنترل شده (Controlled Forced Circulation): در سيستم هايي كه اثر وزن آب در لوله هاي پايين بر نتواند به تنهايي ايجاد جريان لازم را نمايد از يك پمپ كمكي هنگام راه اندازي استفاده مي شود.
• سيستم گردش اجباري (Forced Circulation): در اين سيستم علاوه بر استفاده از اصول گردش طبيعي آب براي به دست آوردن دبي هاي جرمي بالاتر از پمپ استفاده مي كنند.

ساخت وجوه كوره وكانال هاي در معرض شعله و دود از جنس نسوز وبا ورقه فلزي، حجم كانال وكوره را زياد كرده و سطح تبادل حرارتي را كم كرده و نيز خوردگي در آن زياد است، با توجه به اين مسايل، محل هاي در تماس با شعله و دود را از لوله هايي كه آب در آنها جريان دارد مي سازند. جريان آب از بالا رفتن دماي فلز و جداره لوله ها جلوگيري مي كند. در نتيجه از خوردگي سريع آنها جلوگيري مي كند.

شكل 4 - نمونه يك جوش آور واتر تيوب

بر اساس شكل لوله ها و ديواره ها مي توان اين جوش آورها را به صورت زير تقسيم بندي نمود:

1. جوش آورهاي با لوله هاي مستقيم (Straight Tube Boilers): در اين سيستم تنها از يك دسته لوله هاي مستقيم براي گرم كردن آب استفاده مي شود كه يك صفحه تغذيه كننده را به يك صفحه جمع كننده وصل مي كنند. صفحات تغذيه كننده و جمع كننده توسط لوله هايي به مخزن جداكننده آب و بخار متصل مي شوند.
2. جوش آورهاي با لوله هاي خميده (Bent Tube Boilers): در اين سيستم با دادن خم هايي به لوله ها و قراردادن آنها به نحو مناسب شكل اتاق احتراق و قسمتي از كانال دود را ايجاد مي كنند، همچنين در مسير عبور گازهاي داغ و دود دسته هايي از لوله هاي خم شده كه به صورت كويل در آمده اند قرار داده مي شوند . اين سيستم در بيشتر جوش آورها مورد استفاده واقع مي شود. استقرار لوله ها در جداره باعث افزايش سطح تبادل حرارتي مي شود.

شكل 5 - ديواره جوش آور ،لوله هاي در معرض شعله

مزايا و معايب جوش آورهاي واترتيوب:
جوش آورهاي واترتيوب از لحاظ ايمني مطمئن تر هستند . زيرا آب در واحد كوچكتري يعني در لوله ها است. كليه قسمت هاي يك جوش آور واترتيوب جهت تميزكاري، بازرسي و تعميرات قابل دسترس است . جوش آورهاي واترتيوب به دليل بزرگي سطح تبادل حرارتي و طولاني بودن مسير عبور گاز و سرعت چرخش آب سريعتر بخار توليد مي كنند، به همين دليل آنها را مي توان تحت بار بسيار بيشتري نسبت به سايرين قرار داد . اين جوش آورها با تغييرات ناگهاني وكم و زياد شدن هاي بخار سريعتر هماهنگ مي شوند. با وجود مزاياي ذكر شده اين جوش آورها نسبتاً گران هستند لذا در طرحهاي كوچك معمولاً از جوش آورهاي فاير تيوب استفاده مي شود.

[Mahdi/s]

مبدل حرارتي

مبدل حرارتي نام تجهيز :مبدل حرارتي (Heat Exchanger)چكيده:
مبدل حرارتي دستگاهي است كه براي انتقال حرارت موثر بين دو سيال (گاز يا مايع) به ديگري استفاده مي‌گردد. از رايج‌ترين مبدل‌هاي حرارتي رادياتور خودرو و رادياتور شوفاژ است. مبدل هاي حرارتي در صنايع مختلف از جمله گرم كردن فضا، سرد سازي، تهويه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسياري صنايع ديگر مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مكانيزم انتقال حرارت بصورت جابجايي و هدايت مي باشد. يك مثال معمول از مبدل هاي حرارتي رادياتور ماشين مي باشد،كه در آن آبي كه با حرارت موتور ماشين داغ شده است ، حرارت آن از طريق رادياتور به جريان هوا منتقل مي كند. از انواع مبدل ها مي توان به مواردي چون مبدل هاي لوله اي(Tubular Heat Exchanger) (كه خود اين مبدل ها بر اساس شكل به مبدلهاي لوله اي U شكل، مبدلهاي دو لوله اي ساده و مبدل هاي دو لوله اي كويل دار تقسيم بندي مي شوند.) ،مبدل هاي پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)، مبدل هاي صفحه اي (Plate heat exchanger)، مبدل هاي پره دار(Fin Heat Exchangers) اشاره كرد.
مقدمه:
مبدل ها وسايلي هستند كه در صنعت براي انتقال حرارت بين دو سيال بكار مي روند. در ابتدا سعي مي شود تا آنجا كه ممكن است براي گرم كردن و سرد كردن جريان ها از خود سيال هاي موجود در فرايند استفاده شود . بعد از حداكثر كردن ميزان بازيافت حرارت در شبكه مبدل حرارتي بار هاي گرمايشي و سرمايشي كه از طريق بازيافت حرارت تامين نشده اند بايد توسط سرويس هاي جانبي (Utility) تهيه شوند . مكانيزم انتقال حرارت بصورت جابجايي و هدايت مي باشد.
نحوه قرار گرفتن سيال ها در كنار يكديگر مي تواند به چندين صورت مختلف باشد:
- جريان همسو (co-current) : دو سيال از يك طرف مبدل وارد شده و هر دو از طرف ديگر خارج مي شوند. بعضي در مبدل نيز هردو در يك سو حركت مي كنند . نتيجتاً در مبدل نيز هر دو در يك سو حركت مي كنند. (شكل 1)

شكل 1 - جريا نهاي همسو

- جريان ناهمسو (counter-current): هركدام از سيال ها از جهات مخالف وارد و خارج مي شوند ( يكي از سيا لها از يك جهت و سيال ديگر از جهت ديگر وارد مي شود) و دو سيال در مبدل به صورت ناهمسو جريان دارد.(شكل 2)

شكل 2 - جريان هاي ناهمسو

- جريان متقاطع (cross-flow): يكي از سيال ها از يك جهت و سيال ديگر در جهت عمود بر آن جريان دارد. مشخص ترين نمونه آن رادياتور ماشين مي باشد كه جريان آب از بالا به پايين در لوله ها و جريان هوا عمود بر آن مي باشد.(شكل 3 )

شكل 3 - جريان هاي متقاطع

- جريان چندگذر (multi pass): كه در آنها جريان هاي دو سيال به صورت چندتايي در مبدل چيده شده اند .(شكل 4)

شكل 4 - جريان هاي چند گذر

تقسيم بندي مبدل ها
مبدل ها را مي توان از جهات گوناگون تقسيم بندي كرد. ابتدا عناوين اين تقسيم بندي ذكر مي گردد و سپس در مورد هركدام توضيحاتي ارائه مي شود.
تقسيم بندي بر اساس خصوصيات سيال هايي كه در مبدل ها جريان دارد:
اين تقسيم بندي بر اساس سيال فرايندي مبدل شكل گرفته است. البته تفاوت بين ضرايب انتقال حرارت گازها و مايعات در تعيين شكل مبدل نقش موثري دارد.
مايع/ مايع
در اين نوع مبدل هاي حرارتي هر دو سيال مايع هستند و مكانيزم انتقال حرارت براي هر دو ، انتقال حرارت اجباري است. انتقال حرارت در اين مبدل ها به علت بالا بودن ضريب انتقال حرارت مايعات بالاست.
گاز/ مايع
در اين مبدل ها يك سيال مايع و سيال ديگر گاز است. معمولاً براي خنك نمودن سيال گرم توسط هوا استفاده مي شود. جريان مايع با سرعت كافي داخل لوله پمپ مي شود كه اين موجب بالا بودن ضريب انتقال حرارت طرف لوله ها مي شود. هوا به صورت متقاطع بر روي لوله ها جريان مي يابد. جريان هوا مي تواند به صورت جابجايي اجباري يا آزاد باشد.
گاز/گاز
معمولاً كمتر اتفاق مي افتد كه در مبدل ها هر دو سيال گاز باشند مگر اينكه يكي از گازها در فشار بالا باشد .
گاز فشار بالا كه دانسيته آن بيشتر است در داخل لوله ها جريان مي يابد. البته ضريب انتقال حرارت در اين موارد خيلي كوچك است و براي انتقال حرارت مناسب بايد تدابيري انديشيد كه در مباحث بعد در اين مورد بحث مي شود.
كندانسورها
در اين مبدل هاي حرارتي جريان بخار يك سيال توسط مايع (مثلاً آب) و يا جريان گاز (مثلاً هوا) خنك و كندانس مي شود. گاهي اوقات بخار خارج لوله است مثل كندانسورهاي نيروگاه هاي حرارتي و گاهي اوقات بخار داخل لوله است مثل كندانسورهاي فرئون.

[Mahdi/s]

مبدل لوله اي نام تجهيز :مبدل لوله اي (Tubular Heat Exchanger)اين گونه از مبدل ها از دو لوله هم محور تشكيل شده اند. يكي از سيال ها در داخل لوله مياني و در امتداد طول آن جريان مي يابد و سيال ديگر در داخل حلقه بين دو لوله جريان خواهد يافت. ساير اجزاء ساختماني اين مبدل ها عبارتند از :
- زانوي برگشت
- سر برگشت
- اتصالات T
براي ورودي و خروجي سيال ها هنگامي كه اختلاف انبساط حرارتي بين لوله خارجي و داخلي وجود دارد در كاربرد نوع اتصالات مي بايد دقت كافي شود تا تنش حرارتي مينيمم گردد.
مبدل هاي لوله اي را مي توان بر اساس شكل تقسيم بندي نمود:
1 - مبدل هاي لوله اي U شكل ( شكل 5)

شكل 5 - مبدل هاي لوله اي U شكل

2 - مبدل هاي دو لوله اي ساده (شكل 6)

شكل 6 - مبدلهاي دو لوله اي ساده

3 - مبدل هاي دو لوله اي كويل دار (شكل 7)

شكل 7 - مبدل هاي دو لوله اي كويل دار

موارد كاربرد و مزاياي مبدل هاي لوله اي
هنگامي كه ضريب انتقال حرارت سيال داخل لوله نسبت به خارج آن بزرگتر از 2:1 باشد، مثلاً داخل لوله مايعات كم لزج مثل آب با ضريب انتقال حرارت بالا باشد و خارج آن از مايعات لزج استفاده شود معمولاً بجاي استفاده از مبدل هاي پوسته و لوله از مبدل هاي لوله اي استفاده مي شود. البته در اين موارد از پره با طول بلند كه باعث افزايش سطح مي شود، در خارج لوله استفاده مي شود. همچنين اگر سرويس هاي فشار بالا مورد نياز باشد ، مبدل هاي لوله اي ترجيحاً استفاده مي شود. در سرويس هاي كوچك نيز از اين مبدل ها استفاده مي شود.
استفاده و كاربرد زيادي كه مبدل هاي لوله اي دارند به خاطر مزاياي زير مي باشد:
اين سيستم ها داراي انعطاف پذيري زيادي هستند. در طول هاي مختلف و از انواع لوله هاي مختلف و از مواد مختلف ساخته مي شوند و خيلي سريع از سوار كردن قطعات استاندارد پيش ساخته آماده مي گردند . با انتخاب صحيح اتصالات به آساني مي توان قطعات آن را پياده نمود تا درون و بيرون لوله ها تميز شوند. محاسبات طراحي آنها به صورت دقيق و خوبي تدوين شده است. توزيع و پخش سيال را مي توان در واحدهاي مختلف كنترل نمود. اين كار با انتخاب پمپ هاي جداگانه براي هر سري مبدل امكان پذير است.
معايب مبدل هاي لوله اي
از معايب عمده اين مبدل ها مي توان موارد زير را نام برد:
1 - براي بار حرارتي بزرگ، سيستم مبدل هاي دولوله اي حجم زيادي را اشغال مي كنند.
2 - قيمت آنها براي واحد سطح انتقال حرارت نسبتاً زياد است.

---------- Post added at 02:51 PM ---------- Previous post was at 02:47 PM ----------

مبدل پوسته و لوله نام تجهيز :مبدل پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)هنگامي كه سطح انتقال حرارت لازم براي مبدل هاي دو لوله اي زياد شود (بيشتر از 50m2 باشد)، بهتر است از مبدل هاي پوسته و لوله استفاده شود. مبدل هاي پوسته و لوله به طور وسيعي در فرايند هاي انتقال حرارت براي كاربردهاي مايع/مايع و همچنين در كندانسورها و مولدهاي بخار استفاده مي شوند . اين مبدل ها براي انتقال حرارت مشخصي سطح كمتري به نسبت مبدل هاي لوله اي اشغال مي كنند.(شكل هاي 8 و 9 و 10)

شكل 8 - مبدل هاي پوسته و لوله Shell & Tube Heat Exchanger

شكل 9 - مبدل هاي پوسته و لوله Shell & Tube Heat Exchanger

شكل 10 - مبدل هاي پوسته و لوله Shell & Tube Heat Exchanger

مزاياي اين گونه مبدل ها عبارتند از:
1 - در حجم كم ايجاد سطح بزرگي براي انتقال حرارت مي كنند.
2 - طراحي مكانيكي خوبي دارند.
3 - روش ساخت تثبيت شده خوبي دارند.
4 - قابليت استفاده براي دامنه وسيعي از مواد را دارند.
5 - به راحتي تجهيز مي شوند.
6 - روش طراحي خوب و تثبيت شده اي دارند.
قسمتهاي اصلي اين مبدل ها عبارتند از:
- لوله ها (Tubes)
- پوسته (Shell)
- بافل ها (Baffles)
- هد جلويي (Front Head)
- هد پشتي (Rear Head)
- صفحات تيوب ها (Tube Sheets)
- نازل ها (Nozzels)

شكل 11 - مبدل هاي پوسته و لوله Shell & Tube Heat Exchanger با اجزا اصلي

پوسته :
پوسته ها كه در واقع در بر گيرنده لوله ها هستند از نظر اندازه، مواد سازنده و ضخامت محدوده وسيعي دارند. قيمت پوسته ها بيشتر از لوله ها مي باشد. بنابراين معمولاً سعي مي شود از حداقل پوسته استفاده شود.
لوله ها (Tubes) :
لوله عنصر اصلي مبدل هاي پوسته و لوله هستند كه در واقع سطح انتقال حرارت لازم را براي سيالاتي كه در داخل و خارج آن جريان دارند را فراهم مي سازند. لوله ها معمولا از فلزات مختلف به روش اكستروژن و بدون درز ساخته مي شوند. جنس آنها معمولاً ا ز فولاد كم كربن، فولاد زنگ نزن، مس و ...مي باشد. لوله ها ممكن است به صورت مربعي 90 درجه (شكل 12 ) يا در وضعيت چرخانده كنار هم قرار گيرند .
در اين حالت تميز كردن خارج لوله ها راحت تر است. طرح مثلثي (شكل12) روش ديگري است كه به علت زياد بودن آشفتگي سيال، ضريب انتقال حرارت و افت فشار طرف پوسته را افزايش مي دهد؛ و نيز مقدار بيشتري از لوله را مي توان در قطر مشخصي از پوسته قرار داد. قطر لوله ها بين 16mm تا 50mm (⅝تا 2 اينچ) مي باشد. ولي معمولاً از 16mm تا 25mm (⅝تا 1 اينچ) استفاده مي شود. طول لوله ها نيز از 1.8 متر تا 7.3 متر ( 6ft تا 24ft) انتخاب مي شود. ضخامت لوله ها نيز با توجه به قطر آنها از 1.2mm تا 3.2 mm انتخاب مي شود.
گرچه هدف، افزايش انتقال حرارت به وسيله افزايش سرعت سيال ها در داخل لوله ها مي باشد ولي اين سرعت بايد در حد مجاز باشد چون هرچقدر سرعت بيشتر شود،افت فشار افزايش مي يابد وهمچنين نوسانات بيشتر مي شود و باعث ايجاد شكستگي در اتصالات و زانويي ها مي شود.

شكل 12 - آرايش مثلثي و مربعي لوله ها

بافل ها (Baffles) :
بافل ها معمولاً در قسمت پوسته مبدل استفاده مي شوند براي اينكه لوله ها را در جاي خود نگه دارند و جريان سيال داخل پوسته را به صورت چرخشي تبديل كنند تا سرعت سيال و ضريب انتقال حرارت افزايش يابد و معمولاً به صورت هاي Segmental baffle, disk-and-doughnut baffle,orifice baffle (شكل هاي 15،16 و17) مي باشند.
بافل ها دو مشخصه اصلي دارند: برش بافل(Baffle Cut)، فاصله بافل ها ( Baffle Spacing Lb )
فاصله بافل ها ( Baffle Spacing Lb) :
فاصله دو بافل متوالي مي باشد كه معمولاً بين 20% تا 100% قطر پوسته انتخاب مي شود و مقدار بهينه آن بين 30% تا 50% قطر پوسته مي باشد. هرچقدر Lb كمتر باشد سرعت و افت فشار در پوسته بيشتر مي شود.
برش بافل Baffle Cut :
ارتفاع بريده شده از بافل نسبت به قطر مي باشد كه معمولاً به صورت درصد بيان مي شود و معمولاً 25 % مي باشد.

شكل 13 - نمايش لوله ها در يك كلاف لوله Boundle Tube

هرچقدر Baffle Cut كمتر يا طول بريده شده كمتر شود سرعت و ضريب انتقال حرارت و افت فشار بيشتر مي شود.
بافل ها را مي توان به دو دسته بافل هاي طولي Longitudinal Baffles و بافل هاي متقاطع يا مورب Transver Baffles نيز تقسيم بندي كرد كه معمولاً به صورت زاويه دار با لوله ها قرار مي گيرند و باعث ايجاد جريان ناآرام در اطراف پوسته مي شوند.
بافل هاي طولي براي كنترل مسير جريان داخل پوسته استفاده مي شوند.

شكل 14 - نمايي از اجزا يك مبدل پوسته و لوله شامل صفحه تيوب، لوله ها و بافل ها

شكل 15 - disk-and-doughnut baffle

شكل 16 - orifice baffle

شكل 17 - Segmental Baffles

شكل 18 - آرايش مثلثي لوله ها ،صفحه تيوب و بافل ها در يك مبدل پوسته و لوله

صفحه تيوب (Tube Sheet) :
يكي از اجزاي مهم مبدل ها كه اصلي ترين سد بين تيوب ها و پوسته است و طراحي مناسب آنها براي اطمينان از كارايي سيستم لازم است، صفحه تيوب ها هستند. نحوه اتصال آنها به تيوب ها و پوسته هم مي تواند به صورت جوش داده شده و هم به وسيله پيچ باشد.

شكل 19 - آرايش مثلثي لوله ها ،صفحه تيوب و بافل ها در يك مبدل پوسته و لوله

تعداد گذرهاي پوسته و لوله :
ساده ترين مدل جريان براي لوله ها به اين صورت است كه سيال از يك طرف وارد شود و از طرف ديگر خارج گردد. اين مدل تك گذر لوله است. براي بهتر نمودن انتقال حرارت سرعت بالاتري بايد ايجاد نمود . اين عمل به وسيله افزايش تعداد گذر لوله ها امكان پذير است. از طرف ديگر با افزايش تعداد گذرهاي لوله و افزايش سرعت سيال ، افت فشار زياد مي شود. در واقع انتقال حرارت بايد در سرعت هاي بالا ايجاد شود و اين افت فشار سيستم را زياد مي كند. در نتيجه تعداد گذرها، با توجه به دو فاكتور سرعت و افت فشار مشخص مي شود. تعداد گذرهاي لوله معمولاً از يك تا هشت مي باشد. در موردگذرهاي پوسته نيز معمولا از يك يا دو گذر استفاده مي شود .حالت هاي مختلف گذرهاي پوسته در استاندارد بين المللي TEMA با علامتهاي E,F,G,H,J,K,X شناخته مي شوند. (شكل هاي 20 تا 26)

شكل 20 – پوسته E

شكل 21 – پوسته F

شكل 22 – پوسته G

شكل 23 – پوسته J

شكل 24 – پوسته K

شكل 25 – پوسته X

شكل 26 – پوسته H

نازل ها :
نازل ها براي انتقال سيال به بيرون و يا داخل مبدل استفاده مي شوند.
اثرات حرارتي :
اگر مواد مانند آهن بكار رفته شده در مبدل ها حرارت ببينند ممكن است دچار انبساط حرارتي گردند . به عنوان مثال در يك مبدل پوسته و لوله افزايش درجه حرارت باعث افزايش اندازه لوله ها و پوسته مي شود . از آنجايي كه اين افزايش ها ممكن است با هم فرق كنند، تنظيم هاي مختلفي براي كاهش اين اثرات حرارتي وجود دارد. شكل ( 27 ) يك صفحه تيوب ثابت و بدون امكان انبساط مي باشد. در شكل هاي ( 28 و 29 ) دو مبدل با كلگي هاي متحرك يا اتصالات متحرك براي كاهش ميزان استرس ناشي از انبساط حرارتي مي باشند. اين استرس هاي حرارتي با استفاده از لوله هاي U شكل نيز قابل جلوگيري مي باشند. استفاده از مبدل ها با كلگي هاي ثابت براي زماني كه لوله ها كوتاه هستند يا اختلاف دما بين لوله و پوسته ماكزيمم 30 درجه سلسيوس مي باشد، استفاده مي شود.
در اكثر موارد از مبدل ها با كلگي هاي متحرك Floating-Head استفاده مي شود.

شكل 27 - مبدل با صفحه تيوب ثابت با دو گذر در قسمت لوله و يك گذر در پوسته

شكل 28 - مبدل با كلگي متحرك floating head داخلي با دو پاس در قسمت لوله و يك پاس درپوسته

شكل 29 - مبدل با floating head خارجي با دو پاس در قسمت لوله و يك پاس در پوسته

شكل 30 - مبدل پوسته و لوله

شكل 31 - مبدل پوسته و لوله

انتخاب محل عبور سيال ها :
تصميم گيري براي قرار دادن سيال در داخل پوسته و لوله و اينكه كداميك از آنها در داخل لوله قرار داده شود و كداميك داخل پوسته، به چند عامل بستگي دارد:
1 - فشارها : سيال با فشار بالا در قسمت لوله قرار مي گيرد، زيرا صخامت نسبي لوله (نسبت به قطر) بيشتر است.
2 - درجه حرارت : افزايش درجه حرارت باعث كاهش تنش مجاز مواد بكار رفته مي گردد و در نتيجه ضخامت لازم براي ديواره ظرف نيز افزايش مي يابد. اين تاثير عيناً شبيه فشار است. سيال با درجه حرارت زياد بايستي در لوله جاي داده شود.
3 - خورندگي سيال ها : براي سيال هاي با خورندگي زياد به مواد و آلياژها ي گرانقيمت نياز است . اگر فقط يكي از سيال ها خورنده باشد آن وقت گذاردن آن در داخل لوله باعث مي شود كه پوسته گرانقيمت از آلياژ مرغوب نياز نباشد. اما اگر سيال خورنده در پوسته قرار بگيرد آنگاه هم براي پوسته و هم براي لوله بايستي از موادي كه در مقابل خوردگي مقاوم هستند استفاده شود.
4 - تميزي سيال ها : در بعضي از فرايندهاي انتقال حرارت شرايط لازم جهت تميزي سيال ها و آلوده نشدن آنها سخت تر از حالت هاي عادي است و ممكن است به آلياژهاي گرنقيمت نياز باشد . در اينگونه مواقع بهتر است كه سيال ها در داخل لوله قرار داده شوند.
5 - خطر نشت : در بيشتر مبدل هاي حرارتي احتمال نشت سيال لوله ها از سيال پوسته كمتر است.
6 - ويسكوزيته سيال ها : براي اينكه انتقال حرارت ماكزيمم شود، جريان هر دو سيال مي بايستي ناآرام باشد. در صورتي كه سيال لزج در داخل لوله باشد احتمال دارد جريان آن آرام شود پس بهتر است داخل پوسته قرار داده شود.
رسوب مبدل ها (Fouling) :
هنگامي كه يك مبدل حرارتي در سرويس قرار مي گيرد در شروع كار سطوح انتقال حرارت آن تميز است ولي با گذشت زمان در بعضي از سرويس ها مانند سيستم هاي قدرت فرايندهاي شيميايي ، به تدريج توانايي انتقال حرارت آنها كم مي شود. اين وضعيت به علت جمع شدن موادي روي سطوح انتقال حرارت (همان لوله ها) كه موجب افزايش مقاومت حرارتي در برابر انتقال حرارت مي گردد به وجود مي آيد. يك فرايند صنعتي را در نظر بگيريد كه شامل چندين دستگاه اصلي مي باشد. در صورتي كه تمام فرايند بخواهد به خاطر اينكه يكي از ابزار انتقال حرارت كه توانايي خود را در فرايند انتقال حرارت از دست داده از كار بيفتد اين حادثه از نظر اقتصادي ناخوشايند است.
در استاندارد TEMA ضريب رسوب داده شده است تا به طراح كمك كند مبدل پوسته و لوله را طوري طراحي كند كه بتواند براي مدتي به طرز رضايت بخشي كار كند. تا اينكه دوباره مبدل از مدار خارج شود و تميز گردد.
عواملي كه باعث ايجاد رسوب مي شوند اغلب عبارتند از:
1 - وجود ذرات معلق در سيال
2 - كاهش حلاليت نمك ها با افزايش دما (مثل نمك هاي منيزم)
3 - خوردگي : بعني تبديل يك لايه از فلز (آهن) اكسيد آن (اكسيد آهن) وكه باعث كاهش ضريب رسانش مي شود.
4 - پديده هاي بيولوژيكي (زيست محيطي) : در آب رودخانه ها جلبك ها و موجودات زنده وجود دارند كه با صافي جدا نمي شوند و داخل مبدل شروع به تكثير مي كنند.
5 - به وجود آمدن كك : در كور ه هاي نفت مقداري از نفت مي شكند و تبديل به كك مي گردد و روي ديواره رسوب مي كند.

شكل 32 - تشكيل رسوب در مبدل

تميز كردن و نگه داري از مبدل : Cleaning & Maintenance
مبدل ها بايد به طور متناوب تميز شوند و لوله ها تعويض شوند . داخل لوله ها به راحتي با استفاده از مواد تميز كننده مانند بعضي مواد اسيدي و jet آب تميز مي شوند. ولي تميز كردن خارج لوله ها احتياج به باز كردن لوله ها و كلاف لوله ها (Tube Bundle) از مبدل دارد.
مبدل هاي صفحه اي : (Plate heat exchanger)
مبدل هاي حرارتي صفحه و قاب از قرار گرفتن يك سري صفحات فلزي در كنار يكديگر در داخل يك قاب فلزي ساخته مي شوند. اين صفحات در داخل قاب توسط ميله هاي بلند بهم فشرده مي شوند. طول اين ميله ها در شيارهاي (Gasket) فاصله بين دو درپوش را طي مي كنند و توسط مهره به درپوش محكم مي گردند . واشر اطراف هر صفحه قرار داده مي شود تا جريان سيال را در مجراي باريكي بين صفحات هدايت نمايد و همچنين از نشت آنها به بيرون جلوگيري كند. در گوشه هاي هر صفحه مجرايي جهت ورود و خروج سيال گرم و سرد در نظر گرفته شده است و موقعيكه صفحات روي هم فشرده مي شوند اين محل هاي سوراخ شده در يك خط مستقيم قرار مي گيرند و بدين وسيله هدرهاي توزيع سيال در طول مبدل را به وجود مي آورند.
صفحات مي توانند از هر فلزي با ابعاد معين ساخته شوند آنگاه نقوش مختلف توسط پرس و قالبهاي مخصوص روي صفحات چاپ گردد. هنگامي كه اين صفحات در محل خود در كنار يكديگر قرار مي گيرند شيارهاي موجود روي صفحات متوالي تشكيل يك سري كانال هاي باريك جريان را مي دهند. و سيال ها از طريق مجراي خيلي باريك و ظريف بين صفحات متوالي عبور مي نمايند. در مبدل هاي مختلف آرايش جريان مي توانند متفاوت باشند. يكي از اين آرايشها به صورت موازي مختلف الجهت مي باشد. در اين نوع ارايش جريان هاي هر كدام از سيالها فقط يك بار ارتفاع صفحات را طي مي كنند در حاليكه در آرايشهاي چندگذر يك سيال ممكن است 2 بار و يا بيشتر ارتفاع مبدل را طي نمايد.

این تصویر تغییر اندازه داده شده است. برای مشاهده تصویر در اندازه واقعی 595x273 اینجا را کلیک کنید
شكل 33 - جريان در مبدل صفحه اي

امتيازات و كاربردها :
يكي از امتيازات مهم و اساسي مبدل هاي حرارتي صفحه و قاب اين است كه سطح انتقال حرارت مبدل به آساني از هم جدا مي شوند. بعد از برداشتن مهره ها و ميله هاي نگه دارنده و جداسازي صفحه متحرك انتهايي صفحات با لغزيدن روي صفحه باريكي براي معاينه از هم جدا مي شوند. اين امتياز كه صفحات به آساني تميز شوند و يا تعويض گردند باعث شده كاربرد اين مبدل ها در صنايع غذايي و لبنيات توسعه يابد . اما از ديگر امتيازات مهمي كه اين مبدل ها نسبت به مبدل هاي پوسته و لوله دارند اين است كه در مقايسه با مبدل هاي پوسته و لوله بار حرارتي معيني حدوداً بين يك سوم تا يك چهارم انتقال حرارت لازم دارند. علتش را مي توان به صورت زير خلاصه نمود. توربولانس زياد به علت حركت سيال در مجاري باريك و ناهموار سبب افزايش ضريب انتقال حرارت مي گردد. فاصله نزديك به هم صفحات مانند اين است كه از لوله هاي با قطر كوچك استفاده شده است كه اين ضريب انتقال حرارت را افزايش مي دهد. توربولانس زياد سبب تقليل سرعت كثيف شدن مي شود . كاهش سطح انتقال حرارت باعث كاهش حجم و وزن مي شود.

شكل 34 - نماي داخلي مبدل صفحه اي

معايب :
با وجود تمام محاسن ذكر شده يك عيب مهم در مورد اين مبدل ها وجود دارد و آن اين است كه سطوحي كه بايد توسط واشر آب بندي شود زياد است. اغلب از مواد لاستيكي براي اين كار استفاده مي شود اما ماكزيمم فشار و درجه حرارت كاربردي نبايد از 2.7 Mpas و 400 k تجاوز نمايد . از واشرهاي فيبري و پمبه نسوز كمپرس شده نيز مي توان استفاده نمود كه براي آن حداكثر درجه حرارت 600 k و 1.8 Mpas مي باشد . يكي از مشكلاتي كه معمولاً در هنگام كار اين مبدل ها بوجود مي آورند عدم آببندي كامل و صحيح واشر ها است .
اولاً به خاطر اينكه عمر مفيد گازكت ها كم است و ثانياً نبايد دوباره مورد استفاده قرار گيرند كه معمولاً به اين نكته توجه نمي شود.

[Mahdi/s]

مبدل پره دار مبدل پره دار نام تجهيز :مبدل پره دار (Fin Heat Exchangers)هنگامي كه اختلاف فاحشي بين ضريب انتقال حرارت داخل و خارج لوله (در هركدام از انواع مبدلهاي ذكر شده) وجود داشته باشد از پره استفاده مي شود (در طرفي كه ضريب انتقال حرارت كمتر دارد). به عنوان مثال در مبدل هاي گاز/مايع در طرف گاز از پره هاي بلند استفاده مي شود و يا در مبدل هاي گاز/گاز به علت كم بودن ضريب انتقال حرارت در دو طرف به وسيله فين ها سطح انتقال حرارت و در ننتيجه ميزان آن را افزايش مي دهند.
پره ها معمولاً داراي ضخامت 0.0335 in هستند. راندمان حرارتي آنها با افزايش مقاومت حرارتي كاهش پيدا مي كند. اگرچه لوله هاي با پره داخلي وجود دارد ولي در مبدلهاي لوله اي بيشتر از پره هاي بلند طولي استفاده مي شود كه در خارج لوله تعبيه شده اند. پره ها مي توانند پيچششي و منقطع نيز باشند تا بدين وسيله سيال داخل حلقه بهتر مخلوط شود. اما در عمل مشاهده مي شود كه افت فشار را به مقدار زيادي افزايش مي دهند و به اين ترتيب اثر افزايش انتقال حرارت خنثي مي شود.

شكل 35 - نمونه اي از پره ها

شكل 36 - نمونه اي ازمبدل پره دار

[Mahdi/s]

كمپرسور نام تجهيز :كمپرسور (Compressor)سایر اسامی:فشارندهچكيده:
كمپرِسورها يا فشارنده‌ها ميتوانند براي فشرده كردن گاز يا مايعات به كار رود. البته در حالت دوم به آن پمپ ميگويند. كمپرسورها يكي ديگر از انواع تجهيزات متحرك دوار مورد استفاده در صنايع فرآيندي هستند. معمولاً گاز پر فشار خروجي از كمپرسور ها را از يك سيسنم خنك كننده عبور ميدهند تا دماي گاز دوباره به حد معمولي باز گردد. انواع گوناگوني از كمپرسور وجود دارد كه براي مصارف صنعتي و خانگي طراحي شده اند.
كمپرسورها به طور عمومي داراي دو نوع محوري و شعاعي هستند:

• كمپرسور محوري هوا را از ميان پره‌هاي خود عبور داده و به سمت عقب ميراند.
• كمپرسور شعاعي (گريز از مركز) بيشتر در موتورهاي قديمي استفاده ميشده است. اين نوع از كمپرسور داراي پره‌هاي بسته است و هوا را از ميان پره‌هاي خود عبور نميدهد بلكه هوا را در جهت شعاع خود به سمت بيرون ميراند و هوا پس از برخورد به پخش كننده (ديفيوژر) از سرعتش كاسته شده و به دما و فشارش افزوده ميشود.

مقدمه:
كمپرسور دستگاهي است كه براي بالا بردن فشار گاز و يا انتقال آن از نقطه اي به نقطه ديگردر طول پروسس استفاده مي شود. در واقع كمپرسور با افزايش سرعت گاز و تبديل آن به فشار، جريان گاز را در سيستم راحت تر مي كند. البته افزايش فشار در نوعي از كمپرسورها به وسيله كاهش حجم صورت مي گيرد.
مسئله مهمي كه دركمپرسورها مطرح است ، نسبت فشار خروجي ، به ورودي كمپرسو ر است زيرا در ورودي كمپرسورها با افزايش فشار دماي گاز نيز بالا مي رود و اين افزايش دما در كار قطعات مختلف كمپرسور و سيستم روغن كاري و... اختلال ايجاد مي كند. البته در كمپرسور مي توان نسبت فشار را حتي تا 10 رساند، ولي اين امر با تدابير خاصي امكان پذير است كه در قسمتهاي بعد مفصلاً توضيح داده خواهد شد.

شكل 1 - كمپرسور پيستوني با پنكه جهت حنك كردن هوا

شرح و توصيف:
در كمپرسورها افزايش فشار به دو صورت انجام مي گيرد، برحسب اين مورد دو نوع اساسي كمپرسور نيز وجود دارد كه عبارتند از:

• كمپرسورهاي ديناميك كه فشار گاز را با زياد كردن سرعت آن و سپس، گرفتن سرعت گازافزايش ميدهند.
• كمپرسورهاي جابجايي مثبت كه با كاهش حجم گاز، فشار آن را افزايش مي دهند.

البته هر كدام از اين كمپرسورها بر حسب شكل ساختماني و نحوه عملكرد تقسيم بندي مي شوند كه در زير به طور خلاصه آورده شده است:
1 - كمپرسورهاي ديناميك Compressors Dynamic

1. سانتريفوژ Centrifugal compressor
2. جريان محوري Axial Flow compressor

2 - كمپرسورهاي جابجايي مثبت Positive displacement compressor

1. رفت وبرگشتي Reciprocating compressor
2. دوراني Rotary compressor

از بين كمپرسورهاي نامبرده،كمپرسورهاي رفت و برگشتي، سانتريفوژ و جريان محوري بيشتر از ساير كمپرسورها مورد استفاده قرار مي گيرند كه آنها را به طور مفصل بررسي خواهيم كرد.

[Mahdi/s]

كمپرسور سانتريفوژ

كمپرسور سانتريفوژ نام تجهيز :كمپرسور سانتريفوژ (Centrifugal compressors)در اين كمپرسورها افزايش فشار گاز بر اثرافزايش سرعت آن صورت مي گيرد. به اين صورت كه سرعت گاز بر اثر حركت پروانه (Impeller ) زياد شده پس از آن سرعت گاز با برخورد با پخش كننده ها كاهش پيدا مي كند و در عوض فشارش بالا مي رود.

شكل 2 - نحوه حركت گاز توسط پروانه كمپرسور

كمپرسورهاي سانتريفوژ دقيقاً مانند پمپهاي سانتريفوژ تشكيل شده اند از يك پروانه كه داخل پوسته اي مي چرخد. اساس كار اين كمپرسورها بر پايه نيروي گريز از مركز طراحي شده است. دركمپرسورهاي سانتريفوژ فاصله بين پوسته و پروانه خيلي كم است. بنابراين جنس محور كمپرسور بايد از فلز يا آلياژي باشد كه در دورهاي بالا حداقل انحنا را داشته باشد تا پروانه با پوسته تماس پيدا نكند. همچنين گاز ورودي به كمپرسور بايد كاملاً خشك باشد و هيچ مايعي به همراه نداشته باشد . براي همين، قبل از هر كمپرسور يك مخزن آبگير ( Knock Drum out) قرار مي دهند تا اگر احياناً قطرات مايعي در گاز موجود است توسط اين مخازن گرفته شود. چون قطرات مايع به پره هاي كمپرسور ضربه وارد كرده و آسيب مي رساند.
اگر فشار خيلي بالا مد نظر باشد، بايد از كمپرسورهاي سانتريفوژ چند مرحله اي استفاده كرد به خاطر اينكه با افزايش فشار گاز دماي آن نيز زياد مي شود و اين افزايش دما اگر از حد معيني بيشتر شود باعث آسيب رساندن به قطعات كمپرسور و اختلال در سيستم مي شود. همچنين ممكن است با افزايش فشار، قسمتي از گاز تبديل به مايع شود و اين قطرات مايع ايجاد شده در گاز باعث از بين بردن پره هاي كمپرسور مي شود. به دلايل ذكر شده از كمپرسورهاي چند مرحله اي استفاده مي شود. به اين ترتيب كه پس از هر مرحله فشردگي، گاز را خنك كرده و مايع احتمالي در آن را توسط intercooler به وسيله مخازني در بين راه گرفته سپس گاز خشك (بدون مايع) و خشك شده را به مرحله دوم مي فرستند و به اين ترتيب مي توان پس از چند مرحله فشردن به فشار نسبتاً بالايي دست يافت.

شكل 3 - نماي داخلي كمپرسور سانتريفوژ 4 مرحله اي

مزاياي كمپرسورهاي سانتريفوژ

كمپرسورهاي سانتريفوژ نياز به تعميركمتري دارند و مي توانند مدت زيادي را بدون وقفه در سيستم كار كنند. علاوه برآن، اين كمپرسورها اندازه كوچكتري نسبت به كمپرسورهاي رفت و برگشتي د ارند . زيرسازي كمپرسورهاي سانتريفوژ كوچكتر از انواع ديگراست و نياز به آب يا روغن خنك كننده ندارد چون به طور كلي محفظه اين نوع كمپرسورها با هوا خنك مي شود. جريان خروجي از اين نوع كمپرسورها يكنواخت است و ضربه اي به بخش تخليه كمپرسور وارد نمي كند. مزيت ديگري كه اين نوع كمپرسورها دارند اين است كه استهلاك كمتري نسبت به انواع ديگر دارند و اين به خاطر كم بودن قطعات متحرك اين كمپرسور است .

معايب كمپرسورهاي سانتريفوژ

كاركرد اين كمپرسورها وابستگي شديد به وزن مخصوص، جرم مولكولي و نسبت Cp/Cv گاز ورودي دارد. كاهش وزن مخصوص و وزن مولكولي گاز باعث افزايش توان مصرفي كمپرسور خواهد شد ، همچنين متراكم كردن گازهاي با وزن مولكولي كم باعث افزايش تعداد مراحل در اين كمپرسورها مي شود . با وجود مزايايي كه كمپرسورهاي سانتريفوژي نسبت به كمپرسورهاي رفت و برگشتي دارند، داراي راندمان كمتري نسبت به آنها هستند. موتورهاي محرك كمپرسورها به دو صورت الكتريكي و توربيني است اما باتوجه به سرعت زياد كمپرسورهاي سانتريفوژي اگر براي اين نوع كمپرسورها از موتورهاي الكتريكي استفاده شود، براي تغيير سرعت دوران براي گازهاي متفاوت نياز به جعبه دنده مي باشد كه اين امر احتمال لرزش و ارتعاش را بالا مي برد و باعث افزايش هزينه هاي تعميرات و استهلاك خواهد شد. در نتيجه كنترل جريان در اين كمپرسورها با سهولت كمتري انجام مي شود.