چکیده
مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. آنها وسایلی هستند که امکان انتقال انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایین تر و یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند.
مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند . این کاربردهای شامل نیروگاه ها ، پالایشگاه ها ، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید ، صنایع فرآیندی ، صنایع غذایی و دارویی ، صنایع ذوب فلز ، گرمایش ، تهویه مطبوع ، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی میباشند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها ، برج خنک کن ، پیش گرم کن فن کویل ، خنک کن و گرم کن روغن ، رادیاتور ها ، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.
صنایع بسیاری در طراحی انواع مبدل های حرارتی فعالیت دارند و هم چنین ، دروس متعددی در کالج ها و دانشگاه ها با نام های گوناگون در طراحی مبدل های حرارتی ارائه می گردد. محاسبات مربوط به مبدل ها کاری طولانی و گاهی خسته کننده است. مثلاً طراحی یک مبدل برای یک عملیات به خصوص نیاز به حدس های زیادی دارد که با استفاده از آن ها و طبق استانداردها می توان اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کرد. اما با استفاده از برنامه های کامپیوتری تمام این محاسبات توسط کامپیوتر انجام میشود و طراح برای طراحی تنها باید شرایط عملیاتی و خواص سیالات حاضر در عملیات را وارد کند. نرم افزارهای Aspen B-jac و HTFS از این موارد هستند. این نرم افزارها شامل برنامه هایی می شوند که توانایی انجام چنین محاسباتی را دارند.
در این تحقیق ابتدا توضیحاتی در مورد مبدل های حرارتی و اصول طراحی آنها بیان گردیده و در ادامه به معرفی و آشنایی با چند نرم افزار طراحی مبدلها پرداخته شده است.
نرم افزار HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی )
نرم افزارهای مجموعه HTFS عمدتاً برای طراحی انواع تجهیزات انتقال حرارت به کار می روند. این مجموعه از تعدادی نرم افزار قدرتمند که زمینه های فنی زیر را پوشش می دهند تشکیل شده است :
– مبدلهای حرارتی پوسته و لوله
– خنک کننده های هوایی
– مبدلهای حرارتی صفحه ای
– مبدلهای حرارتی صفحه ای پره دار
– مبدلهای حرارتی برای تهویه مطبوع و بازیافت حرارت
– مبدلهای حرارتی نیروگاهی
– کوره ها
نرم افزارهایی که در این مجموعه قرار می گیرند عبارتند از :
TASC، طراحی حرارتی ، بررسی عملکرد و شبیه سازی مبدلهای پوسته و لوله
نرم افزاری توانمند و جامع برای محاسبات مهندسی در خصوص کاربردهای مختلف مبدلهای پوسته و لوله است از جمله در گرمایش و سرمایش بدون تغییر فاز ، میعان در کندانسورهای ساده یا همراه با خشکی زدایی (desuper heating) ، فراسرد سازی (sub cooling)، کندانسورهای چند جزئی، جوش آورها و تبخیر کننده های از نوع falling-film کاربرددارد.
اتصال این نرم افزار به برنامه شبیه ساز HYSYS و تبادل دوطرفه اطلاعات به صورت زنده و فعال ، از ویژگی های برجسته آن است.
FIHR، شبیه سازی کوره ها با سوخت گاز و مایع
نرم افزاری توانا برای شبیه سازی انتقال حرارت و افت فشار در کوره هایی است که با سوخت مایع یا گاز کار میکنند. از لحاظ هندسی حالت های متنوعی شامل محفظه های استوانه ای یا جعبه ای ، تکی یا دوقلو و حاوی لوله های عمودی ، افقی یا مرکزی و مجهز به سیستم باز یا گردشی گازهای حاصل از احتراق ، همگی قابل شبیه سازی است. از نظر فرایندی نیز جریانهای ورودی تک فاز یا دو فازی با چند بار گذر قابل قبول هستند. در قسمت کنوکسیونی کوره ، امکان نصب ۹ دسته لوله به صورت مجزا با لوله های ساده یا پره دار یا شمع دار وجود دارد. این برنامه به شبیه سازها و بانک های اطلاعاتی خواص فیزیکی متصل می شود. خروجی FIHR در قالب استاندارد API و همراه با نقشه کوره ها است.
MUSE، شبیه سازی مبدلهای صفحه ای پره دار
این نرم افزار می تواند انواع مبدلهای صفحه ای پره دار که در جداسازی اجزای هوا و صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی به کار می روند را شبیه سازی کند. MUSE می تواند تا ۱۵ جریان فرایندی تک فاز و در حال جوشش یا میعان را بررسی کند. از لحاظ هندسی نیز هر نوع پیچیدگی نقاط ورودی و خروجی مانند جوش آورهای ترموسیفون و مبدلهای با جریان متقاطع در آن قابل قبول است .
TICP، محاسبه عایقکاری حرارتی
از این نرم افزار در شبیه سازی انواع عایق بندی استفاده میشود. این نرم افزار جامع مجموعه ای ازاستانداردها و خصوصیات عایقهای مختلف متعارف است و می تواند انواع محاسبات مانند تعیین ضخامت بهینه عایق ، محاسبه پروفیل دما ، ارزیابی خواص حرارتی و برآورد هزینه ها را انجام دهد.
جهت دانلود کامل فایل کلیک کنید
PIPE، طراحی، پیش بینی و بررسی عملکرد خطوط لوله
با بهره گیری از این نرم افزار ، می توان عملکرد سیستم خطوط لوله حاوی سیالات تک فاز یا دو فازی را در حالت یکنواخت شبیه سازی کرد. افزون بر لوله ها ، انواع اتصالات مانند زانویی ، کاهش یا افزایش ناگهانی قطر، شیرهای توپی ، پروانه ای، کروی و دروازه ای ، اریفیس و روزنه ها و هر نوع عامل نامشخص افت فشار را میتوان در نرم افزار PIPE مدلسازی کرد.
ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک
از این نرم افزار می توان برای شبیه سازی مبدلهای حرارتی هواخنک ، واحدهای بازیافت حرارت ، تاسیسات و تهویه مطبوع ، سرماسازی و تبرید و خنک کننده های میان مرحله ای استفاده کرد. حالت های مختلفی مانند جریان اجباری ، القایی و آزاد ( بدون پنکه ) جریان هوا یا هر نوع گاز در حالت گرمایش یا سرمایش در قسمت متقاطع با لوله ها و حالت های مختلفی مانند تک فاز ، جوشش یا میعان در طرف لوله ها قابل بررسی است.
روش اختصاصی HTFS در طراحی مبدلهای فرآیندی هواخنک به صورت تصویری و محاوره ای در ACOL گنجانده شده است. نوع گذر لوله ها را می توان ساده یا پیچیده در نظر گرفت و لوله ها را نیز میتوان از نوع ساده یا پرده دار انتخاب کرد. این برنامه به نرم افزارهای انتخاب پنکه ها ، شبیه سازها و بانک های داده های خواص فیزیکی متصل می شود و در
خروجی برگه های اطلاعاتی نوع API را ارائه می کند.
FRAN، بررسی و شبیه سازی مبدلهای نیروگاهی
از این نرم افزار برای شبیه سازی عملکرد مبدلهای پوسته و لوله که برای گرم کردن آب تغذیه دیگ بخار به کار می روند استفاده می شود. جریانهای گرم کننده بخار مراحل مختلف توربین ها با فشارهای مختلف و بخار چگالیده هستند. در حالت، بررسی،سطح حرارتی مورد نیاز به ازای شرایط مشخص در هر قسمت مبدل محاسبه می شود. در این نرم افزار امکان بررسی و شبیه سازی با جزئیاتی مانند تعداد مناطق درون گرمکن ها، نوع قسمت خنک کن آب خروجی ، عمودی یا افقی بودن مبدل، تعداد گذر لوله ها، نوع کلگی، جزئیات قسمت خشکی زدائی (desuper heating)، الگوی چیدن لوله ها و بسیاری جزئیات دیگر فراهم آمده و بدین ترتیب نرم افزاری حرفه ای برای این کار محسوب می شود. توانایی ارزیابی ارتعاش از دیگر توانایی های این نرم افزار است. خصوصیات آب و بخار به طور کامل در درون نرم افزار محاسبه می شود.
TASC، طراحی حرارتی ، بررسی و شبیه سازی مبدلهای حرارتی پوسته و لوله
با انتخاب TASC اطمینان بیشتری در طراحی تجهیزات و عملیات وجود دارد. در این نرم افزار از روش ها اختصاصی HTFS استفاده شده است که بر مبنای بیش از ۳۰ سال تجربه و تحقیق استوار است.
جهت دانلود کامل فایل کلیک کنید
فهرست مطالب
چکیده ۱
دسته بندی مبدل های حرارتی ۳
بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم ۳
بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم ۵
بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم ۶
بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها ۷
۱- مبدل های لوله ای ۸
۲- مبدل های حرارتی صفحه ای ۱۱
۳- مبدل های حرارتی با سطوح پره دار ۱۵
اصول طراحی مبدل های حرارتی ۱۹
۱- تعیین مشخصات فرآیند و طراحی ۲۳
۲- طراحی حرارتی و هیدرولیکی ۲۷
۳- طراحی مکانیکی ۳۳
۴- ملاحظات مربوط به تولید و تخمین هزینه ها ۳۶
۵- فاکتورهای لازم برای سبک و سنگین کردن ۳۸
۶- طراحی بهینه ۳۹
۷- سایر ملاحظات ۴۰
نرم افزار HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی ) ۴۱
TASC، طراحی حرارتی ، بررسی عملکرد و شبیه سازی مبدلهای پوسته و لوله ۴۲
FIHR، شبیه سازی کوره ها با سوخت گاز و مایع ۴۲
MUSE، شبیه سازی مبدلهای صفحه ای پره دار ۴۳
TICP، محاسبه عایقکاری حرارتی ۴۳
PIPE، طراحی، پیش بینی و بررسی عملکرد خطوط لوله ۴۴
ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک ۴۴
کاربرد در فرآیند ۴۷
مشخصات فنی و توانایی ها ۴۸
ACOL، شبیه سازی و طراحی مبدلهای حرارتی هواخنک ۵۲
PIPESYS ، شبیه سازی خطوط لوله ۵۸
نمونه هایی از کاربرد PIPESYS در عمل ۶۰
نحوه کار نرم افزار Hetranدر حالت طراحی ۶۵
بهینه سازی قطر پوسته ۶۸
تعریف مساله ۷۳
اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data ) 84
ساختار مبدل ( Exchanger Geometry ) 96
داده های ارزیابی و شبیه سازی ( Rating/Simulation Data ) 103
داده های طراحی ( Design Data) 109
تنظیمات برنامه ( Program Options ) 115
کدهای تغییرات ( Change Codes ) 119
خلاصه وضعیت طراحی ۱۲۱
خلاصه وضعیت حرارتی ۱۲۴
خلاصه وضعیت مکانیکی ۱۲۸
جزئیات محاسبه ( Calculation Details ) 130
منابع و مواخذ ۱۵۲
