طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل یک مخزن یا محفظه استوانه ای شکل است که تعدادی لوله ها با آرایش ویژه درون آن قرار گرفته اند. این نوع مبدل حرارتی، متداول ترین مبدل در صنایع است و بر اساس انتقال حرارت میان دو سیال با فازهای مشابه یا متفاوت، عمل می کنند. انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله در حال حاضر در صنایع تولید می شوند و هر کدام دارای یک سری قابلیت ها، ویژگی ها و شرایط عملیاتی هستند. با توجه به مدل های متنوع این مبدل ها در صنعت، انتخاب اینکه کدام مدل از آن ها برای یک فرآیند صنعتی خاص، مناسب هستند به بررسی و اطلاعات فنی زیادی نیاز دارد.
فاکتورهای مهم در انتخاب مبدل حرارتی پوسته و لوله
اگر قرار باشد یکی از انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله برای انجام فرآیندهای صنعتی به کار روند، انتخاب دقیق آن ها به عوامل مختلفی بستگی دارد؛ اینکه مبدل حرارتی در چه شرایط دمایی یا فشاری استفاده می شود و یا این عامل که چند سیال با چه حالت های فازی از درون مبدل حرارتی عبور می کنند، همچنین ظرفیت حرارتی مبدل حرارتی پوسته و لوله، همه از مهم ترین فاکتورهای انتخاب این تجهیزات برای کاربردهای صنعتی هستند. تمام موارد فوق در گرو طراحی و ساخت اصولی انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله قرار دارند.
اصول طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله
اصول طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می شود؛ طراحی مبدل حرارتی بر اساس اطلاعات فرآیندی و واکنش های شیمیایی و دوم، طراحی بر اساس اطلاعات و خصوصیات فیزیکی و مکانیکی. در دو دسته فوق، توجه به یک سری دستورالعمل ها و قوانین، لازم و ضروری است. در این قسمت به اختصار، هر یک از این عوامل را بررسی می کنیم.
عوامل فرآیندی در طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل توجه به مواردی مانند جریان سیال، فشار مبدل حرارتی، تعیین افت فشار، سرعت جریان سیال، میزان انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت در لوله ها، پوسته و میان این دو، محدودیت های فشاری و دمایی و تغییرات دمایی می باشد.
عوامی مکانیکی در طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل مواردی نظیر تعداد مسیر عبور سیال، ویژگی ها و ابعاد لوله ها، قطر لوله ها، جنس ماده تشکیل دهنده لوله های مبدل حرارتی، اندازه و قطر پوسته مبدل، بافل ها، موقعیت دریچه های خروجی یا ورودی سیال، فاصله میان لوله ها، اندازه فاصله میان لوله ها و پوسته و مقاومت متریال مبدل حرارتی پوسته و لوله در برابر عوامل خورنده می باشند.
در طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله از فرمول های ریاضی و مهندسی شیمی که به نوعی با انتقال حرارت ارتباط دارند استفاده می شود. در این فرمول های مهندسی محاسباتی، تغییرات دمایی، فشار و افت فشار از اهمیت زیادی برخوردار هستند. در طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله، لوله ها به روش جوشکاری به پوسته یا سایر قسمت ها متصل می شوند. ساخت و طراحی مبدل حرارتی با توجه به استانداردهای جهانی انجام می گیرد.