یکی از فناوری های بسیار مهم و حیاتی که نقش کلیدی در انتقال حرارت و بهینه سازی مصرف انرژی در فرآیند های صنعتی و تجاری دارد، مبدل های پوسته ای است که نوعی از مبدل های حرارتی بوده و به دلیل داشتن مزایای فراوان، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به اهمیت این ابزار کارآمد، در این مطلب، شما را با مبدل پوسته ای و موارد مختلف کاربرد آن آشنا خواهیم کرد.
مبدل پوسته ای، دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو مایع یا دو گاز مورد استفاده قرار می گیرد و دارای یک لوله داخلی و یک پوسته خارجی است که مایع یا گازی که نیاز به گرمایش یا خنک شوندگی دارند را از داخل خود عبور می دهد. نحوه عملکرد این نوع مبدل حرارتی نیز شامل مراحل زیر می باشد:
• انتقال حرارت به دیواره لوله برای گرمایش یا خنک شوندگی مایع یا گازی که از داخل لوله عبور می کند.
• انتقال حرارت به مایع یا گاز دیگر که درون پوسته و خارج از لوله جریان دارد.
• جریان یافتن و عبور مایع یا گازی که برای انتقال حرارت به کار می رود و حرارت را از دیواره پوسته جذب و یا تحت تاثیر قرار خواهد داد.
• انتقال حرارت به محیط خارجی یا استفاده شدن برای تامین گرما یا خنک کردن
به طور کلی، هر مبدل پوسته ای، دارای چندین قسمت مهم و کلیدی است که هر کدام از این اجزا و قسمت ها، نقش مشخصی در فرآیند تبدیل حرارت ایفا خواهند کرد. این اجزا عبارتند از:
• پوسته که بیرونی ترین قسمت مبدل حرارتی پوسته ای است و با طراحی استوانه ای شکل خود، تمامی اجزای داخلی و سیال یا گازی که نیاز به گرم و سرد شدن را دارد در بر می گیرد.
• لوله ها که سطوح انتقال حرارت محسوب می شوند و در آن ها، یک سیال در داخل لوله ها جریان دارد و دیگری در اطراف بین لوله ها قرار گرفته است. جنس لوله ها، اغلب از موادی مانند مس، فولاد یا تیتانیوم است که انتقال حرارت را آسان تر کند.
• ورق های لوله که صفحاتی ضخیم هستند و برای حمایت از لوله ها در هر دو قسمت انتهایی و ایجاد مایع نشتی بین پوسته و سیال لوله از آن ها استفاده می شود.
• بافل ها که صفحات نازکی هستند که به شکل عمود بر لوله های داخل پوسته قرار گرفته اند و وظیفه آن ها، افزایش جریان سیال در لوله ها، بهبود انتقال حرارت و جلوگیری از افتادگی لوله ها است.
• ورودی و خروجی سیالات لوله ای و پوسته ای که نقاطی هستند که سیال یا گاز به مبدل پوسته ای وارد و خارج می شود.
• پارتیشن های عبوری که جریان سیال را در داخل پوسته هدایت می کنند تا از حداکثر راندمان انتقال حرارت اطمینان حاصل شود.
همان طور که گفته شد، مبدل های حرارتی پوسته ای، به دلیل مزایای فراوان در بسیاری از صنایع کاربرد دارند. در ادامه، برخی از رایج ترین کاربرد های مبدل پوسته ای را نام می بریم:
یکی از کاربرد های اولیه و بسیار متداول مبدل پوسته ای، استفاده از آن در صنایع شیمیایی و پتروشیمی است که برای فرآیند هایی مانند گرمایش یا سرمایش مواد شیمیایی، روغن ها و گاز ها از آن استفاده می شود. به این ترتیب می توان گفت، مبدل حرارتی پوسته ای، نقش بسیار مهمی در افزایش کارایی و انتقال حرارت بین سیالات و مواد شیمیایی دارد.
امروزه در نیروگاه ها نیز از مبدل پوسته ای به شکل گسترده در تولید برق و بازیابی حرارت هدر رفته استفاده می شود که با کمک به تراکم بخار در توربین ها، انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل خواهند کرد. علاوه بر این، از مبدل پوسته ای در کاربرد هایی مانند خنک کردن کندانسور، به منظور اطمینان از کارایی و طول عمر سیستم تولید برق نیز استفاده می شود.
از دیگر موارد کاربرد مبدل های پوسته ای، استفاده گسترده از آن ها در صنایع نفت و گاز برای انجام فرآیند هایی مانند خنک کردن گاز ها، تراکم بخار، گرم کردن روغن و گاز در عملیات پالایش و فرآوری و غیره است. این نوع مبدل حرارتی، به دلیل داشتن ویژگی هایی مانند تطبیق پذیری با شرایط مختلف دمایی و فشار کاری، دوام و مقاومت بالا و غیره، برای استفاده در شرایط سخت موجود در این صنایع بسیار مناسب است.
در صنایع غذایی و آشامیدنی نیز از مبدل پوسته ای برای پاستوریزه کردن، استریل کردن و خنک کردن مایعاتی مانند آبمیوه ها، محصولات لبنی و سس ها استفاده می شود. نکته مهم در استفاده از مبدل حرارتی پوسته ای در این صنایع این است که، حفظ دمای دقیق برای حفظ کیفیت و ایمنی محصول امری مهم و ضروری است و بر این اساس، مبدل پوسته ای، بخش بسیار ضروری و کاربردی در پردازش مواد غذایی به شمار می رود.
امروزه در تولید دارو نیز از مبدل حرارتی پوسته ای استفاده می شود، زیرا در این نوع محصولات، حفظ دمای مخصوص در طول مراحل مختلف تولید به منظور کیفیت و کارایی محصول امری بسیار مهم و کلیدی است. از این رو، از این نوع مبدل ها برای کنترل دقیق دما در فرآیند هایی مانند کریستالیزاسیون، تقطیر و استریل کردن دارو ها استفاده می شود.
یکی از موارد کاربرد بسیار رایج مبدل های پوسته ای، در دستگاه های تزریق پلاستیک است که نقش بسیار مهمی در تولید انواع کالا های پلاستیکی دارند. از آن جایی که در این دستگاه ها، برای فشرده کردن مواد گرانولی اولیه از سیستم هیدرولیک و پمپ هیدرولیک استفاده می گردد و در نهایت، روغن موجود در این سیستم داغ می شود، لازم است توسط مبدل حرارتی پوسته ای خنک شده و دوباره به سیستم برگردد.
امروزه در صنایع دریایی و کشتی ها نیز از مبدل حرارتی پوسته ای در کاربرد های مختلفی مانند موتور خنک کننده، ژنراتور ها و سایر تجهیزات استفاده می شود. مبدل پوسته ای، موجب مدیریت بهتر دما های بالای تولید شده توسط موتور ها شده و عملکرد آن ها را بهتر و تضمین خواهد کرد.