مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از پرکاربردترین انواع مبدل‌های تبادل حرارتی در صنایع مختلف است. این دستگاه صنعتی به منظور انتقال انرژی حرارتی بین دو سیال با دمای متفاوت به کار می‌روند. در واقع، کاربرد اصلی یک مبدل شل اند تیوب، گرم کردن یک سیال سرد با استفاده از گرمای سیال گرم یا برعکس، خنک کردن یک سیال گرم با استفاده از سرمای سیال سرد است. این انتقال حرارت معمولاً از طریق تماس مستقیم یا غیرمستقیم بین دو سیال صورت می‌گیرد.
کاربردهای متنوع این مبدل حرارتی به دلیل ساختار ساده، قابلیت اطمینان بالا و راندمان خوب آن‌ها است. با توجه به اهمیت این دستگاه در صنایع مختلف، شناخت دقیق وظایف و عملکرد آن‌ها برای مهندسان و تکنسین‌ها ضروری است. در ادامه به بررسی دقیق‌تر کاربرد و نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube Heat Exchanger) خواهیم پرداخت.
پبشنهاد میکنیم قبل از خرید، سفارش و طراحی این مبدل، مطلب راهنمای خرید و استفاده از مبدل پوسته و لوله را مطالعه نمایید.
نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله
تصور کنید دو ظرف آب دارید؛ یکی پر از آب داغ و دیگری پر از آب سرد! اگر این دو ظرف را کنار هم قرار دهید، به مرور زمان آب داغ مقداری از گرمای خود را به آب سرد می‌دهد. در مبدل پوسته لوله هم همین اتفاق می‌افتد!
یا به بیانی ساده، نحوه کار مبدل حرارتی پوسته و لوله با ایجاد تماس بین دو سیال با دماهای متفاوت و انتقال حرارت از طریق دیواره لوله‌ها، باعث تغییر دمای سیالات می‌شود.
نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله بدین صورت است که، یک سیال داغ (مثلاً بخار) از داخل لوله‌هایی که درون یک پوسته قرار دارند عبور می‌کند. سیال سرد (مثلاً آب) هم در فضای اطراف این لوله‌ها و داخل پوسته جریان دارد. به دلیل اختلاف دما، گرمای سیال داغ از طریق دیواره لوله‌ها به سیال سرد منتقل می‌شود. بافل‌هایی که داخل پوسته قرار دارند، باعث می‌شوند سیال سرد به صورت مارپیچ حرکت کند و در نتیجه سطح تماس بین دو سیال افزایش پیدا کند و انتقال حرارت به بهترین شکل انجام شود. جهت آشنایی با نحوه کار انواع مبدل حرارتی کلیک کنید.
وظایف و کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله
با توجه به مطالبی که در صفحه معرفی مبدل حرارتی پوسته و لوله بیان شد، این مدل مبدل به عنوان واسطه‌ای برای انتقال حرارت عمل می‌کند. در نتیجه وظایف اصلی مبدل پوسته و لوله را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
تبادل حرارت در مبدل پوسته و لوله
مبدل انتقال حرارت پوسته لوله از مجموعه‌ای از لوله‌ها تشکیل شده که درون یک پوسته استوانه‌ای قرار گرفته‌اند. سیالی که باید گرم یا سرد شود از داخل لوله‌ها عبور می‌کند، در حالی که سیال دیگر در اطراف لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد. با توجه به اختلاف دما بین دو سیال، حرارت از سیال گرم‌تر به سیال سردتر منتقل می‌شود. این انتقال حرارت از طریق جداره لوله‌ها صورت می‌گیرد. با استفاده از صفحات تقسیم‌کننده (بافل، یکی از اجزای مبدل حرارتی پوسته و لوله) در داخل پوسته، می‌توان مسیر حرکت سیال درون پوسته را تغییر داده و سطح تماس بین دو سیال را افزایش داد که در نتیجه راندمان انتقال حرارت بهبود می‌یابد.
همچنین انتقال حرارت می‌تواند به صورت همرفت اجباری (هنگامی که سیال با استفاده از پمپ یا دمنده به حرکت در می‌آید)، همرفت طبیعی (هنگامی که اختلاف چگالی ناشی از اختلاف دما باعث ایجاد جریان می‌شود) و تابش (انتقال حرارت به صورت امواج الکترومغناطیسی) رخ دهد.
خنک‌کاری با مبدل پوسته لوله
در سیستم‌های هیدرولیک و دستگاه‌های صنعتی، روغن‌های روان‌کار برای کاهش اصطکاک و افزایش عمر قطعات استفاده می‌شوند. با توجه به اینکه افزایش دمای روغن می‌تواند باعث کاهش ویسکوزیته و کاهش کارایی آن شود، مبدل حرارتی پوسته و لوله برای خنک نگه داشتن روغن‌ها ضروری هستند.
همچنین در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، سیالاتی با دمای بالا تولید می‌شوند که نیاز به خنک‌سازی دارند. مبدل حرارتی پوسته لوله می‌توانند این سیالات را خنک کرده و دمای آن‌ها را به حد مطلوب برسانند.
گرمایش با مبدل حرارتی پوسته لوله
در برخی فرآیندها، نیاز است تا سیالاتی با دمای پایین گرم شوند. مبدل صنعتی پوسته و لوله می‌تواند با استفاده از حرارت سیالات داغ‌تر، سیالات سردتر را گرم کنند.
یا در برخی صنایع قبل از ورود آب به دیگ بخار، نیاز است تا دمای آن افزایش یابد. مبدل حرارتی شل اند تیوب می‌تواند با استفاده از حرارت گازهای خروجی از دیگ بخار، آب تغذیه را پیش گرم کند.
تقطیر و تبخیر در مبدل انتقال حرارت پوسته و لوله
در فرآیند تقطیر، مخلوطی از مایعات با نقاط جوش متفاوت گرم می‌شود. بخارات حاصل از این فرآیند وارد مبدل حرارتی شده و با انتقال حرارت به یک سیال سردتر، کندانس شده و به مایع تبدیل می‌شوند.
یا در برخی فرآیندها، نیاز است تا مایعاتی با نقطه جوش پایین به بخار تبدیل شوند. مبدل پوسته لوله می‌تواند با انتقال حرارت به مایع، آن را به نقطه جوش رسانده و به بخار تبدیل کنند.
پیش گرمایش
در برخی فرآیندهای احتراقی، نیاز است تا هوای ورودی به کوره یا مشعل پیش گرم شود. این کار باعث افزایش راندمان احتراق و کاهش آلودگی می‌شود.
همچنین در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی، نیاز است تا مواد ورودی به راکتور پیش گرم شود. این کار باعث افزایش سرعت واکنش و کاهش مصرف انرژی می‌شود.
کنترل دمای سیالات
مبدل حرارتی پوسته و لوله به طور مؤثر برای کنترل دما در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می‌شوند تا دما در محدوده‌ای خاص باقی بماند و فرآیندها به صورت بهینه انجام شوند.
مثلا یکی از ویژگی‌های مثبت مبدل‌های پوسته و لوله، تحمل بالا در برابر فشارها و دماهای زیاد است. به همین دلیل در محیط‌های صنعتی با شرایط عملیاتی سخت از این مبدل‌ها استفاده می‌شود.
کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله در صنایع
این مبدل‌ها به دلیل ساختار ساده، قابلیت اطمینان بالا و تنوع در طراحی، برای انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای متفاوت بسیار مناسب هستند. مبدل انتقال حرارت پوسته و لوله در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند، از جمله:
- • صنایع نفت و گاز: خنک‌کاری روغن‌های روان‌کننده، کندانس کردن بخارات، پیش گرم کردن سیالات
- • صنایع پتروشیمی: تبادل حرارت در فرآیندهای مختلف تولید مواد شیمیایی
- • نیروگاه‌ها: کندانس کردن بخار در توربین‌ها، پیش گرم کردن آب تغذیه دیگ بخار
- • تهویه مطبوع: گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها
- • صنایع پتروشیمی: مبادله حرارت در برج‌های تقطیر، گرمایش و خنک‌کاری واکنشگرها، بازیابی حرارت از جریان‌های خروجی
- • صنایع غذایی: پاستوریزاسیون شیر و آبمیوه، تبخیر آب از محلول‌ها، گرمایش و خنک‌کاری سیالات
- • صنایع نیروگاهی: کندانسورهای توربین بخار، پیش‌گرمکن‌های آب تغذیه دیگ بخار، خنک‌کاری روغن روان‌کار توربین‌ها
- • صنایع شیمیایی: مبادله حرارت در راکتورها، گرمایش و خنک‌کاری محصولات، بازیابی حرارت از جریان‌های خروجی
- • صنایع تهویه مطبوع: چیلرهای تراکمی، هواسازها
- • صنایع کاغذسازی: خشک کردن خمیر کاغذ، گرمایش آب مورد استفاده در فرآیند
- • صنایع دارویی: گرمایش و خنک‌کاری محلول‌ها، استریلیزاسیون تجهیزات
- • تاسیسات ساختمانی: موتورخانه ها، آب گرم مصرفی، استخر، جکوزی
جهت دریافت کاتالوگ انواع مبدل حرارتی به صفحه تماس با ما مراجعه نمایید.
آرکا تجهیز صدر، معتبرترین سازنده مبدل حرارتی پوسته و لوله در ایران
مجموعه آرکا تجهیز صدر به عنوان یکی از معتبرترین مراکز تولید مبدل حرارتی در خراسان رضوی، شهر مشهد و ارسال سفارشات فراوان به سایر نقاط کشور، شناخته شده است. این شرکت با بهره‌گیری از دانش فنی روز دنیا و استفاده از تجهیزات پیشرفته، طیف گسترده‌ای از مبدل‌های حرارتی را با کیفیت بالا و مطابق با استانداردهای جهانی تولید می‌کند. از جمله محصولات این شرکت می‌توان به انواع مبدل حرارتی صفحه‌ای، مبدل هوا خنک، مبدل خنک کننده روغن، مبدل پاستوریزاتور و مبدل پوسته و لوله اشاره کرد که در صنایع مختلفی از جمله نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی و دارویی کاربرد دارند.