مبدل های حرارتی مانند پمپ ها و مخازن بطور وسیع در اکثر واحدهای فرآیندی کاربرد دارند، چراکه کنترل حرارت به عنوان بخش مهمی از عملیات کارخانه به حساب می آید و می تواند به صورت کاربرد مستقیم) مثلا در یک کوره (و یا بصورت تبادل حرارت) مثلا در یک مبدل لوله ای یا پوسته ای ( انجام شود.شکل زیر کاربردهای متداول مبدل های حرارتی را به صورت دیاگرام جریان فرآیند نمایش می دهد، قسمت های مختلف این دیاگرام عبارتست از:
* خنک کننده: خنک کننده تعبیه شده، گاز جاری در فرآیند را با انتقال حرارت آن به آب خنک کننده، اتمسفر ویا محیط های دیگر، خنک می کند.
* مبدل: مبدل ها، حرارت را میان جریان هوای گرم و جریان هوای سرد، تبادل می کنند.
* دیگ بخار مضاعف: سیال جمع آوری شده در ته برج ها، را با استفاده از بخار روغن و یا یک جریان داغ به عنوان واسطه حرارتی، تبخیر می کند.
* هیتر: جریان جاری در فرآیند را با استفاده از چگالش بخار حرارت می دهد.
* کندانسور: بخار را بوسیله انتقال حرارت از آن به آب سرد، هوای اتمسفر و یا هر محیط واسطه دیگر، تقطیر می کند.
* چیلر: جریان فرآیند را بوسیله تبخیر ماده یخچالی تا دماهای بسیار پایین سرد می کند.
انواع مبدل ها:
مبدل های لوله ای پوسته ای: Shell & Tube Exchange
این مبدل ها مخازن استوانه ای شکل بلند از جنس فولاد هستند که شامل مجموعه ای از مجراهای موازی می باشند. در این نوع مبدل ها، سیال در داخل پوسته مبدل جریان یاته و سیال دیگری نیز در داخل تیوب ها به جریان درمی آید و به این صورت تبادل حرارتی مورد نظر میان دو سیال انجام می گیرد. در انتهای مبدل، سرپوش ها (Head ) را می توان طوری طراحی نمود که جریانها مختلف از مجراهای مبدل عبور کنند، همچنینی اگر بخواهیم چند جریان مختلف از سمت پوسته عبور کنند، می توان تعدادی بافل (Baffle ) را به این منظور به موازات تیوب های مبدل نصب نمود.شکل های زیر نمونه ای از این نوع مبدل را نشان می دهند:
مبدل های صفحه ای: Plate Exchanger
این نوع مبدل ها، معمولا در کاربردهایی که دما و فشار پایین است مورد استفاده قرار میگیرند. این مبدل ها از قسمت هایی شامل پوششهای انتهایی، میله حامل، نازلهای وروردی و خروجی، ورقه ها و واشرهای لاستیکی تشکیل می شوند.داخل مبدل میان صفحات فواصلی جهت عبور سیال وجود دارد و واشر لاستیکی نیز در کانال های اطراف و پیرامون صفحات قرار گرفته، توزیع جریان سیال را حفظ می کنند.در گوشه های هر صفحه نیز مسیر ورود و خروج جهت سیال گرم و سرد وجود دارد که وقتی صفحات کنار هم قرار می گیرند تشکیل چهار مسیر از میان مجموع صفحات را می دهند. شکل زیر نمونه ای از این نوع مبدل را نشان می دهد:
مبدل های حرارتی حلزونی: Spiral Heat Exchanger
این مبدل های حرارتی، معمولا در واحدهای شیمیایی استفاده شده و دارای ساختاری دایره ای شکل می باشند.این مبدل ها شامل دو نوار دراز از ورقه می شوند که به شکل یک زوج مجرای مارپیچی هم مرکز به هم پیچیده شده اند و لبه های دیگر این مجرا بسته هستند، لذا سیال از کانال های بسته و ممتد عبور می کند. پوشش های مبدل که در هر طرف مجموعه مارپیچی قرار میگیرند جداشدنی هستند و می توان با برداشتن آنها به ورقه حلزونی دسترسی پیدا نمود.شکل زیر نمونه ای از این نوع مبدل را نشان می دهد:
مبدل های جفت لوله ای: Double Pipe Exchanger
این مبدل که بنام مبدل لوله-پره (Fin-Tube )نیز معروف است، زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که حرارت یکی از دو سیال تفاوت بیشتری نسبت به جریان حرارت دیگیری داشته باشد، در چنینی حالتی اضافه کردن تعدادی پره به لوله داخلی، مقاومت سیال در برابر جریان حرارت را از بین می برد. مبدل جفت لوله از یک لوله درورن لوله دیگر تشکیل شده که هر دو لوله دارای یک خم برگشتی می باشند.لوله دالی از پره پر شده و لوله خارجی بصورت یک پوسته عمل می کند.
مبدل های خنک شونده بوسیله هوا: Air Cooler Exchanger
این نوع مبدل ها کاملا با سایر مبدل ها متفاوت هستند، از این جهت که در این نوع مبدل ها ماده خنک کننده بجای مایع هوا است. همانطور که در شکل دیده می شود، یک واحد ایرکولر شامل قسمتهایی از قبیل مجموعه لوله و پره همراه با یک قوطی سرپوش، به هر انتها متصل می شود که بوسیله یک سازه یا بدنه فولادی بصورت افقی ساپورت می شود.
جهت گیری نازل ها در مبدل:
جهت گیری نازل ها و مکان قرارگیری آنها در اکثر طرح بندی های مبدل های حرارتی می تواند روی شکل لوله بندی تاثیر داشته باشد، لذا تصمیم گیری طراح مبنی بر تغییر مکان استقرار نازلهای مبدل در اغلب موارد می تواند طرح های مرتب تر و در عین حال کم هزینه تر را به دنبال داشته باشد. شکل زیر نمونه هایی از قرار گیری محل نازل ها را نشان می دهد:
