Definisi penukar panas

  Penukar panas adalah suatu alat yang memindahkan sebagian panas dari fluida panas ke fluida dingin, yaitu suatu wadah tertutup berukuran besar yang diisi air atau media lain, dan terdapat pipa-pipa yang mengalir melalui wadah tersebut.Biarkan air panas mengalir melalui pipa.

Karena adanya perbedaan suhu antara air di dalam pipa dengan air panas dan dingin di dalam wadah, maka akan terjadi pertukaran panas.Untuk keseimbangan termal fisika SMP, kalor yang bersuhu tinggi selalu dipindahkan ke bersuhu rendah, sehingga kalor air di dalam pipa dapat ditukar dengan air dingin di dalam wadah.Gurun pemanas.

Klasifikasi dan struktur penukar panas

Penukar panas dapat dibagi menjadi:

Pendingin, kondensor, pemanas, penukar panas, reboiler, pembangkit uap, boiler limbah panas (atau limbah panas).

Menurut metode pertukaran panasnya, dapat dibagi menjadi:

Penukar panas kontak langsung (juga disebut penukar panas hibrid), penukar panas regeneratif, dan penukar panas dinding pemisah.

Berikut ini terutama diperkenalkan penukar panas yang diklasifikasikan menurut metode pertukaran panas:

1) Penukar panas kontak langsung

Penukar kontak langsung mengandalkan kontak langsung antara cairan dingin dan panas untuk perpindahan panas.Metode perpindahan panas ini menghindari kotoran dan hambatan termal pada partisi perpindahan panas dan kedua sisi.Selama kontak antar fluida baik maka laju perpindahan panas akan lebih besar.

Oleh karena itu, penukar panas hibrid dapat digunakan di mana pun cairan dibiarkan bercampur satu sama lain, seperti pencucian dan pendinginan gas, sirkulasi air pendingin, pemanasan campuran uap-air, kondensasi uap, dll. Penerapannya mencakup perusahaan kimia dan metalurgi, teknik tenaga , teknik AC dan banyak sektor produksi lainnya.

Penukar panas hibrid yang umum digunakan meliputi: menara pendingin, scrubber gas, penukar panas jet, dan kondensor hibrid.

2) Penukar panas regeneratif

Penukar panas regeneratif adalah alat yang digunakan untuk pertukaran panas regeneratif.Itu diisi dengan isian padat untuk menyimpan panas.

Umumnya, jaringan api dibuat dengan batu bata tahan api (terkadang digunakan sabuk bergelombang logam, dll.).

Pertukaran panas terjadi dalam dua tahap.

Pada tahap pertama, gas panas melewati jaringan api, mentransfer panas ke jaringan api dan menyimpannya.

Pada tahap kedua, gas dingin melewati jaringan api dan dipanaskan dengan menerima panas yang disimpan dalam jaringan api.

Kedua fase ini terjadi secara bergantian.Biasanya dua buah regenerator digunakan secara bergantian, yaitu ketika gas panas masuk ke satu alat, gas dingin masuk ke alat lainnya.Hal ini sering digunakan dalam industri metalurgi, seperti regenerator tungku pembuatan baja perapian terbuka.

Ini juga digunakan dalam industri kimia, seperti pemanas awal udara atau ruang pembakaran di tungku gas, dan tungku perengkahan regeneratif di pabrik minyak buatan.

3) Penukar panas dinding partisi

Pada heat exchanger jenis ini, fluida panas dan dingin dipisahkan oleh suatu logam sehingga kedua fluida tersebut tidak bercampur dan memindahkan panas.

Dalam produksi kimia, fluida panas dan dingin seringkali tidak dapat bersentuhan langsung, sehingga penukar panas dinding pemisah adalah penukar panas yang paling umum digunakan.

Berikut ini terutama memperkenalkan klasifikasi penukar panas dinding pemisah:

a）Penukar panas berjaket

Penukar panas jenis ini dibuat dengan memasang jaket pada dinding luar wadah dan memiliki struktur sederhana;namun, permukaan pemanasannya dibatasi oleh dinding wadah dan koefisien perpindahan panasnya tidak tinggi.

Untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas dan memanaskan cairan dalam ketel secara merata, pengaduk dapat dipasang di dalam ketel.

Ketika air pendingin atau bahan pemanas tanpa perubahan fasa dimasukkan ke dalam jaket, partisi spiral atau tindakan lain untuk meningkatkan turbulensi juga dapat dipasang di jaket untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas di satu sisi jaket.

Untuk menutupi kurangnya permukaan perpindahan panas, tabung melingkar juga dapat dipasang di dalam ketel.

Penukar panas berjaket banyak digunakan untuk pemanasan dan pendinginan proses reaksi.

b) Penukar panas tabung ular

Penukar panas tabung melingkar dibagi lagi menjadi penukar panas tabung melingkar terendam dan penukar panas tabung melingkar yang disemprotkan.

Tabung ular sebagian besar terbuat dari tabung logam yang dibengkokkan menjadi berbagai bentuk yang sesuai dengan wadahnya, dan direndam dalam cairan di dalam wadah tersebut.

Keunggulannya adalah: strukturnya sederhana, tahan tekanan tinggi, dan terbuat dari bahan tahan korosi.

Kekurangan: Turbulensi cairan di dalam wadah rendah, dan koefisien perpindahan panas di luar tabung kecil.

Pasang tabung penukar panas dalam barisan pada rangka baja.

Cairan panas mengalir di dalam tabung, dan air pendingin dituangkan secara merata ke seluruh perangkat.

Keuntungan: Cairan panas mengalir di dalam tabung, dan air pendingin mengalir secara merata di atas perangkat.Koefisien perpindahan panasnya besar, sehingga efek perpindahan panas dari penukar panas semprot lebih baik dibandingkan dengan penukar panas kumparan terendam.

Namun, perlu ditempatkan di udara terbuka.Ini menempati area yang luas dan air mudah terciprat ke lingkungan sekitar, sehingga tidak nyaman untuk digunakan.

c) Penukar panas berjaket

Karena kecepatan aliran fluida di dalam tabung dan di luar tabung lebih besar.Fluida dingin dan panas dapat mengalir dalam arus berlawanan murni, sehingga koefisien perpindahan panasnya besar dan efek perpindahan panasnya baik.Pemanas air yang umum digunakan adalah penukar panas tipe selongsong sederhana.

d) Penukar panas shell dan tube

Penukar panas shell-and-tube adalah penukar panas dinding pemisah yang paling umum.Mereka memiliki sejarah panjang penerapannya di industri dan masih menempati posisi dominan di antara semua penukar panas.

Penukar panas shell dan tube terutama terdiri dari shell, bundel tabung, pelat tabung dan kepala.Cangkangnya sebagian besar berbentuk bulat, dengan bundel tabung paralel di dalamnya, dan kedua ujung bundel tabung dipasang pada pelat tabung.

Ada dua jenis fluida yang menukar panas dalam penukar panas shell-and-tube: satu mengalir di dalam tabung, dan langkahnya disebut sisi tabung;yang lainnya mengalir di luar tabung, dan alurnya disebut sisi cangkang.Permukaan dinding bundel tabung adalah permukaan perpindahan panas.

Untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas fluida di luar tabung, sejumlah penyekat melintang biasanya dipasang di dalam cangkang.

Penyekat tidak hanya mencegah arus pendek fluida dan meningkatkan kecepatan fluida, tetapi juga memaksa fluida mengalir silang melalui kumpulan tabung beberapa kali sesuai dengan jalur yang ditentukan, sehingga sangat meningkatkan derajat turbulensi.Ada dua baffle yang umum digunakan: berbentuk bulat dan berbentuk cakram (seperti terlihat pada gambar di bawah).Yang pertama lebih banyak digunakan.

Setiap kali fluida melewati bundel tabung di dalam tabung disebut tube pass, dan setiap kali fluida melewati shell disebut shell pass.

Untuk meningkatkan kecepatan fluida dalam pipa, partisi yang sesuai dapat dipasang pada kepala di kedua ujungnya untuk membagi semua pipa menjadi beberapa kelompok secara merata.

Dengan cara ini, fluida hanya dapat melewati sebagian tabung dan kembali ke kumpulan tabung beberapa kali dalam satu waktu, yang disebut lintasan multi-tabung.

Demikian pula, untuk meningkatkan laju aliran di luar tabung, penyekat memanjang dapat dipasang di dalam cangkang untuk memungkinkan fluida melewati ruang cangkang beberapa kali, yang disebut lintasan multi-kulit.

Pada penukar panas shell and tube, karena perbedaan temperatur fluida di dalam dan di luar tube, maka temperatur shell dan bundle tube juga berbeda.Jika perbedaan suhu antara keduanya besar, tegangan termal yang besar akan terjadi di dalam penukar panas, yang dapat menyebabkan tabung bengkok, pecah atau terlepas dari lembaran tabung.

Oleh karena itu, ketika perbedaan suhu antara bundel tabung dan cangkang melebihi 50°C, tindakan kompensasi perbedaan suhu yang tepat harus diambil untuk menghilangkan atau mengurangi tekanan termal.

Metode kompensasi:

Pasang cincin ekspansi ke cangkang atau gunakan penukar panas tabung berbentuk U dan penukar panas kepala mengambang.

➪ Penukar panas pelat tabung tetap

Jika perbedaan suhu antara fluida panas dan dingin tidak besar, penukar panas pelat tabung tetap dapat digunakan.

Strukturnya sederhana dan biayanya rendah, tetapi sulit dibersihkan dan tidak cocok untuk cairan yang rentan terhadap kerak dan cairan dengan perbedaan suhu yang besar.

Jika perbedaan suhu tidak terlalu besar, penukar panas pelat tabung tetap dengan cincin kompensasi dapat digunakan.

e) Penukar panas pelat

Penukar panas pelat terdiri dari satu set pelat perpindahan panas logam tipis berbentuk persegi panjang, yang dijepit dan dipasang pada braket dengan bingkai.

Tepi dua pelat yang berdekatan dilapisi dengan gasket (terbuat dari berbagai karet atau asbes terkompresi, dll.) untuk kompresi.Terdapat lubang bundar di keempat sudut pelat untuk membentuk saluran fluida.

Perbedaan antara penukar panas pelat dan penukar panas shell and tube:

a.Koefisien perpindahan panas yang tinggi

Karena pelat bergelombang yang berbeda dibalik satu sama lain untuk membentuk saluran aliran yang kompleks, fluida mengalir secara tiga dimensi yang berputar di saluran aliran antara pelat bergelombang, yang dapat menghasilkan aliran turbulen dengan bilangan Reynolds rendah (umumnya Re=50 ~200), jadi perpindahan panasnya Koefisiennya tinggi, umumnya dianggap 3 sampai 5 kali lipat dari tipe shell dan tube.

B.Perbedaan suhu rata-rata logaritmik besar dan perbedaan suhu terminal kecil.

Pada penukar panas shell dan tube, kedua fluida mengalir masing-masing pada sisi tube dan sisi shell.Secara umum, alirannya adalah aliran silang, dan koefisien koreksi perbedaan suhu rata-rata logaritmik kecil.Namun, penukar panas pelat sebagian besar memiliki mode aliran arus searah atau arus berlawanan., dan koefisien koreksinya biasanya sekitar 0,95.Selain itu, aliran fluida dingin dan panas pada pelat penukar panas sejajar dengan permukaan pertukaran panas dan tidak ada aliran samping.Oleh karena itu, perbedaan suhu di ujung penukar panas pelat kecil, dan pertukaran panas dengan air bisa di bawah 1℃, sedangkan penukar panas shell and tube umumnya 5℃.

C.Jejak kaki kecil

Penukar panas pelat memiliki struktur kompak, dan area pertukaran panas per satuan volume adalah 2 hingga 5 kali lipat dari tipe shell dan tube.Berbeda dengan tipe shell and tube, yang memerlukan ruang perawatan khusus untuk mengekstraksi bundel tabung, penukar panas pelat dapat mencapai perpindahan panas yang sama.Area yang ditempati oleh penukar panas adalah sekitar 1/5 ~ 1/8 dari penukar panas shell dan tube.

D.Mudah untuk mengubah area pertukaran panas atau kombinasi proses

Selama beberapa pelat ditambahkan atau dihilangkan, area pertukaran panas dapat ditingkatkan atau dikurangi;dengan mengubah susunan pelat atau mengganti beberapa pelat, kombinasi proses yang diperlukan dapat dicapai dan disesuaikan dengan kondisi pertukaran panas yang baru.Hampir tidak mungkin untuk meningkatkan area perpindahan panas pada penukar panas shell

e.Ringan

Ketebalan pelat penukar panas pelat hanya 0,4~0,8mm, sedangkan ketebalan tabung penukar panas penukar panas shell dan tube adalah 2,0~2,5mm.Cangkang tipe shell and tube jauh lebih berat dibandingkan rangka penukar panas pelat., Penukar panas pelat umumnya hanya sekitar 1/5 dari berat penukar panas shell dan tube.

F.Harga rendah

Menggunakan bahan yang sama dan area pertukaran panas yang sama, harga penukar panas pelat sekitar 40% hingga 60% lebih rendah dibandingkan penukar panas shell and tube.

G.Mudah dibuat

Pelat perpindahan panas penukar panas pelat dicap dan diproses dengan standarisasi tingkat tinggi dan dapat diproduksi dalam jumlah besar.Penukar panas shell and tube umumnya dibuat dengan tangan.

H.Mudah untuk dibersihkan

Selama baut kompresi penukar panas pelat tipe rangka dilonggarkan, kumpulan pelat dapat dilonggarkan dan pelat dapat dilepas untuk pembersihan mekanis.Hal ini sangat memudahkan proses pertukaran panas yang memerlukan pembersihan peralatan secara berkala.

Saya.Kehilangan panas kecil

Dalam penukar panas pelat, hanya pelat cangkang pelat perpindahan panas yang terkena atmosfer, sehingga kehilangan panas dapat diabaikan dan tidak diperlukan tindakan insulasi.Penukar panas shell and tube memiliki kehilangan panas yang besar dan memerlukan isolasi termal.

J.Kapasitas kecil

Ini adalah 10% ~ 20% dari penukar panas shell dan tube.Saya.Kehilangan tekanan per satuan panjang besar.Karena jarak antara permukaan perpindahan panas kecil dan permukaan perpindahan panas berbentuk cekung dan cembung, kehilangan tekanan lebih besar dibandingkan dengan tabung halus tradisional.

k.Tidak mudah untuk diukur

Karena turbulensi internal yang cukup, maka tidak mudah untuk diukur, dan koefisien penskalaannya hanya 1/3~1/10.k dari penukar panas shell-and-tube.Tekanan kerja tidak boleh terlalu besar, dan suhu medium tidak boleh terlalu tinggi, karena dapat menyebabkan kebocoran pada penukar panas tipe pelat.Penukar panas disegel dengan paking, tekanan kerja umumnya tidak boleh melebihi 2,5MPa, dan suhu sedang harus di bawah 250°C, jika tidak, kebocoran dapat terjadi.

l.Mudah diblokir

Karena saluran antar pelat sangat sempit, umumnya hanya 2 ~ 5 mm, bila media penukar panas mengandung partikel atau zat serat yang lebih besar, saluran antar pelat mudah diblokir.