हीट एक्सचेंजर क्या है? | कार्य सिद्धांत, प्रकार और गणना

एउष्मा का आदान प्रदान करने वालाइंजीनियरिंग उपकरण का एक विशेष टुकड़ा है जिसे दो तरल पदार्थों के भौतिक मिश्रण के बिना थर्मल ऊर्जा (गर्मी) को एक तरल पदार्थ से दूसरे तरल पदार्थ में स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे लगभग हर औद्योगिक क्षेत्र में थर्मल प्रबंधन की रीढ़ हैं, जो इंजन ऑयल को ठंडा करने से लेकर रासायनिक रिएक्टरों और बिजली संयंत्रों में अत्यधिक तापमान को नियंत्रित करने तक सब कुछ संभालते हैं।

सबसे बुनियादी स्तर पर, हीट एक्सचेंजर्स पर काम करते हैंऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम: ऊष्मा स्वाभाविक रूप से उच्च तापमान वाले क्षेत्र से निम्न तापमान वाले क्षेत्र की ओर प्रवाहित होती है।

एक विशिष्ट हीट एक्सचेंजर में, एक गर्म तरल पदार्थ और एक ठंडा तरल पदार्थ आसन्न लेकिन अलग-अलग मार्गों (अक्सर धातु ट्यूब या प्लेट) के माध्यम से प्रवाहित होते हैं। उन्हें अलग करने वाली धातु की दीवार अत्यधिक प्रवाहकीय अवरोधक के रूप में कार्य करती है। गर्म तरल पदार्थ से थर्मल ऊर्जा धातु अवरोध के माध्यम से संचालित होती है और ठंडे तरल पदार्थ द्वारा अवशोषित होती है, जिससे पहली धारा ठंडी हो जाती है और दूसरी गर्म हो जाती है।

हीट एक्सचेंजर को सही ढंग से आकार देने के लिए, इंजीनियरों को प्रक्रिया के लिए आवश्यक कुल गर्मी हस्तांतरण दर की गणना करनी चाहिए। यह सार्वभौमिक ताप अंतरण समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है:

क्योंकि उपकरण के माध्यम से यात्रा करते समय दोनों तरल पदार्थों का तापमान बदल जाता है, तापमान का अंतर स्थिर नहीं होता है।लघुगणक माध्य तापमान अंतर (LMTD)एक्सचेंजर की पूरी लंबाई में औसत प्रभावी तापमान ड्राइविंग बल की गणना करता है:

तरल पदार्थ एक दूसरे के सापेक्ष जिस दिशा में यात्रा करते हैं वह एलएमटीडी और समग्र दक्षता पर नाटकीय रूप से प्रभाव डालता है।

• समानांतर-प्रवाह:दोनों तरल पदार्थ एक ही छोर से प्रवेश करते हैं और एक ही दिशा में यात्रा करते हैं। ठंडा तरल पदार्थ कभी भी गर्म तरल के आउटलेट तापमान से अधिक तापमान तक नहीं पहुँच सकता।

• प्रति-प्रवाह:तरल पदार्थ विपरीत छोर से प्रवेश करते हैं। यह पूरी इकाई में अधिक सुसंगत तापमान प्रवणता बनाए रखता है, जिससे ठंडे तरल पदार्थ का निकास तापमान गर्म तरल पदार्थ के निकास तापमान से अधिक हो जाता है। यह सबसे कारगर व्यवस्था है.

काउंटर-फ्लो और पैरेलल-फ्लो के बीच अंतर देखने के लिए नीचे दिए गए टूल का उपयोग करें। द्रव तापमान को समायोजित करके, आप देख सकते हैं कि प्रवाह व्यवस्था तापमान प्रवणता और परिणामी एलएमटीडी को कैसे बदल देती है।

विभिन्न औद्योगिक प्रक्रियाओं को दबाव, चिपचिपाहट और गंदगी (मलबे का निर्माण) जैसे चर को संभालने के लिए अलग-अलग ज्यामिति की आवश्यकता होती है।

प्रश्न: हीट एक्सचेंजर में "फाउलिंग" क्या है?

उत्तर: ऊष्मा स्थानांतरण सतहों पर अवांछित सामग्री (स्केल, शैवाल, रासायनिक जमा) का जमा होना दूषण है। यह इन्सुलेशन के रूप में कार्य करता है, गर्मी हस्तांतरण गुणांक (यू) को कम करता है और सिस्टम को अधिक मेहनत करने के लिए मजबूर करता है। प्रक्रिया इंजीनियरों को इसे कम करने के लिए नियमित रूप से सीआईपी (क्लीन-इन-प्लेस) या मैकेनिकल ट्यूब ब्रशिंग शेड्यूल करना चाहिए।

प्रश्न: शेल-एंड-ट्यूब एक्सचेंजर में ट्यूबों में "पंख" क्यों होते हैं?

ए: सतह क्षेत्र को कृत्रिम रूप से बढ़ाने के लिए ट्यूबों के बाहरी हिस्से में पंख जोड़े जाते हैं (ए)। तरल और गैस के बीच गर्मी स्थानांतरित करते समय इनका भारी उपयोग किया जाता है, क्योंकि गैसों में स्वाभाविक रूप से तरल पदार्थों की तुलना में बहुत कम तापीय चालकता होती है।

प्रश्न: हीट एक्सचेंजर्स के निर्माण के लिए किस सामग्री का उपयोग किया जाता है?

उत्तर: यह पूरी तरह से प्रक्रिया द्रव पर निर्भर करता है। सामान्य जल-शीतलन अनुप्रयोगों में तांबे या कार्बन स्टील का उपयोग किया जाता है। आक्रामक रासायनिक प्रसंस्करण या उच्च शुद्धता वाले फार्मास्युटिकल अनुप्रयोगों के लिए जंग को रोकने और स्वच्छता मानकों को बनाए रखने के लिए 316L स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम, या हेस्टेलॉय जैसे विशेष मिश्र धातुओं की आवश्यकता होती है।