آشنایی کامل با مبدل صفحه ای
آشنایی کامل با مبدل صفحه ای
مبدل صفحه ای Plate heat exchanger از انواع مبدل های مورد استفاده در صنایع مختلف میباشد که به دلیل کارایی و عملکرد بالایی که دارد بسیار محبوب شناخته میشود. این مبدل میتواند در یک حجم کم، بدون نیاز به عایق بندی و در فشار های بالا، فرایند انتقال حرارت را به خوبی انجام دهد.
مبدل های صفحه‌ای نخستین بار در سال 1923 توسط انگلیسی ها اختراع شد و برای استفاده در صنایع غذایی و لبنیات بکار گرفته شد. از جمله ویژگی های مثبت Plate heat exchanger که باعث شده از محبوبیت زیادی برخوردار باشد، قابل استفاده بودن آن در شرایطی است که با محدودیت مکان مواجه هستید.
زیرا نسبت به سایر مبدل ها دارای نسبت سطح به حجم بیشتری میباشد. بدین معنا که به ازای یک حجم ثابت، برای انجام فرآیند به سطح کمتری نیاز دارند، از این رو به آن ها مبدل های فشرده نیز گفته میشود.
به طور کلی آشنایی با نحوه عملکرد و طراحی انواع مبدل ها برای مهندسان مشاور و تاسیسات بسیار لازم و ضروری است. در ادامه به بررسی تمامی جوانب مرتبط با این نوع مبدل حرارتی می‌پردازیم.
اجزای داخلی و عملکرد مبدل صفحه ای
مبدل صفحه ای همانند دیگر تجهیزات موجود در سیستم لوله کشی و صنایع، از اجزای مختلفی تشکیل شده است. از جمله مهمترین بخش های مبدل صفحات با سطح موج‌دار آن میباشد. درواقع به دلیل موج دار بودن این صفحات است که الگوی جریانی مغشوش در مبدل به وجود می‌آید و باعث افزایش ضریب انتقال حرارت بین دو سیال میشود. تصویر زیر، سایر اجزای مبدل را به شما نشان می‌دهد:
آشنایی کامل با مبدل صفحه ای
نحوه حرکت جریانات سرد و گرمی که از مبدل صفحه‌ای عبور می‌کنند، متفاوت بوده و از تنوع نسبتاً بالایی برخوردار است. به طور کلی در مبدل صفحه‌ای، سیال گرم و سرد در دو سمت این صفحات قرار می‌گیرند و بدون آنکه باهم تماسی داشته باشند، انتقال حرارت بین آنها انجام میشود. بدین شرح که سیال گرم بخشی از گرمای خود را به سیال سرد داده و باعث افزایش دمای آن میشود. سپس بواسطه سوراخ هایی که در گوشه این صفحات تعبیه شده، سیالات گرم و سرد از مبدل خارج می‌شوند.
در مبدل Plate heat میتوان چند صد صفحه را پشت هم قرار داده و از این طریق ضریب انتقال حرارت را افزایش نمود. اتصال فشرده این صفحات در کنار هم بواسطه مجموعه‌ای از پیچ ها صورت میگیرد. همین ویژگی به یکی از مزایای این صفحات تبدیل شده است. به طوری که با باز و بسته کردن صفجات، میتوان آنها را به راحتی تمیز کرد و حتی می توان به تعداد آنها افزود.
آب بندی Plate heat exchanger ها
جنس صفحات موجود در اکثر مبدل های صفحه ای، Stainless Steel است. با اینحال برخی از تولیدکنندگان برای برخی فرایندهای خاص ممکن است آنها را از جنس غیر فلزی نظیر پلیمر یا کامپوزیت تولید و عرضه نمایند. یک مشکل عمده‌ای که در متریال های فلزی وجود دارد، نشت سیال از آنها است. برای جلوگیری از این منظور بایستی آنها را آب بندی نمود که به این کار Sealing می‌گویند.
جهت آببندی مبدل صفحه ای از واشرهای پلاستیکی استفاده میشود. درصورتی که فرایند Sealing انجام نشود و یا به درستی صورت نگیرد، مشکل های مختلفی را در پی خواهد داشت. زیرا این نوع مبدل ها اغلب در فشارهای بالا کار می‌کنند و در فشار بالا نیز امکان وقوع نشتی نیز بیشتر است.
کاربرد مبدل های صفحه ای
همانطور که در ابتدای متن نیز اشاره کردیم، اولین کاربردهای مبدل صفحه ای در صنعت لبنیات و مواد غذایی بود. اما به دلیل کارایی بالایی که دارد از آن در صنایع مختلفی استفاده میشود؛ به طوری که بازار آن بعد از مبدل پوسته لوله جایگاه دوم را به خود اختصاص داده است.
به طور کلی در فرآیند های زیر می توان از این نوع مبدل حرارتی استفاده کرد:
- مایع-مایع
- فرآیند های کندانس
- فرآیند های تبخیر
اما در فرآیند های گاز-گاز، سیال با ویسکوزیته بالا و کندانس کردن بخارات در شرایط خلا، معمولا از مبدل صفحه ای استفاده نمی‌شود. مطلب انواع کاربردهای مبدل حرارتی میتواند اطلاعات مفیدی را به شما ارائه دهد.
مزایای مبدل پلیت
از ابتدای متن تا به ابنجای کار به چندتا از مزایای مبدل حرارتی صفحه ای اشاره کردیم. اما علاوه بر موارد مذکور، این مبدل دارای مزایای دیگری نیز میباشد که باعث شده تا این حد از محبوبیت بالایی در میان صنایع مختلف برخوردار باشد. دیگر مزایای این مبدل ها عبارتند از:
- الگوی جریانی در این مبدل ها به گونه‌ای طراحی شده که در آنها میتوان با یک سرعت کم، اغتشاش زیادی در جریان به وجود آورد.
- به دلیل آشفتگی جریان و قطر هیدرولیکی کوچک، ضریب انتقال گرما برای هر دو سیال بزرگتر میشود.
- میزان رسوب گیری این مبدل ها بدلیل سرعت کم، بسیار کمتر از سایر مبدل ها میباشد.
- به دلیل داشتن قابلیت باز و بسته شدن صفحات، تمیز کردن آنها ساده‌تر است.
- ارتعاش، لرزش و سر و صدا در این مبدل ها به اندازه مبدل های پوسته لوله نیست.
- سبک هستند.
- و …
به دلیل وجود مزایای بیشمار، استفاده از این نوع مبدل ها همواره یکی از گزینه های طراحان، در طراحی مبدل است.