Pilot ölçekli gövde boru tipi ısı değiştirici sisteminin kurulması, kontrolü ve simülasyon programları ile deneysel verilerin karşılaştırılması
Installation, control of plot scale shell and tube heat exchanger system, and comparison of experimental data with various simulation programs
Yazar: MURAT BORAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMÜR ARAS
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Gövde borulu ısı değiştiriciler endüstride yoğun olarak kullanılan ısı değiştirici
tipleridir. Piyasa da kolaylıkla bulunabilir. Yüksek sıcaklık ve basınç değerlerine
göre dizayn edilip çalıştırılabilmesi en büyük avantajlarından biridir. Bir çok
değişken malzeme ve metaryal ile üretilebilmesi geniş proses aralığında çalıştırılabilmelerini sağlar. Ayrıca bakımı ve tamirleri kolaydır. Gövde borulu ısı değiştiriciler, silindirik gövde ile bunun içinde birbirine paralel borulardan oluşur. Akışkanlardan biri boruların içinden diğeri ise gövde içinden geçer. Ana elemanları; boru demeti, gövde, ayna ve kapaklardır. Bu çalışmada imalatı gerçekleştirilen 710 mm boy, 90 mm çapında gövde borulu bir ısı değiştirici kullanıldı. 7 adet paslanmaz çelik şaşırtma perdesine sahip bu ısı değiştiricide 30 adet düz bakır ısı transfer borusu
kullanıldı. Borular 9,52 mm çapında ve 0,50 mm et kalınlığına sahiptir ve 30 ̊ C üçgen dizilimlidir. Toplam ısı transfer yüzey alanı 0,58 m2 dir. Ayna, kapak ve gövde karbon çeliğidir. 2 tane 45 litrelik karbon çelik tank, sıcaklık kontrol cihazları, termoçiftler, ısıtıcı ve su pompaları ise kurulan sistemin diğer bileşenleridir. Akışkanların sıcaklık/zaman datalarının toplandığı, akışkan sıcaklıklarının PID kontrol tekniği ile kontrol edildiği bir program yazılmıştır. Sistem için uygun PID katsayıları yapılan denemeler sonucunda belirlenmiĢtir. Belirlenen PID katsayılarıyla debi, sıcaklık ve tüp geçiş sayıları değşitirilerek denemeler yapılmış ve sonuçlar grafik edilmiştir. Matlab ortamında yazılan Delaware metoduyla ısı değiştirici simülasyon çalışmaları yürütülmüştür. Unilab paket programıyla da ısı değiştirici tasarlanmıştır. Belirlenen sıcaklık ve debilerde çalıştırılmıştır. Deneysel sonuçlar Unilab ve matlab sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Shell and tube heat exchangers are commonly used exchanger type in the industry. Some of the biggest advantages are easily available from the market and it can be designed and operated according to high temperature and pressure values. It can be manufactured with a wide range of materials allowing them to be operated in a wide range of processes. It is also easy to maintain and repair. The body tube heat exchangers consist of a cylindrical body and tubes parallel to each other. One fluid passes through the pipes and the other passes through the body. The main parts; pipes bundle, body, mirror and covers. In this study, a shell and tube heat exchanger manufactured with a diameter of 90 mm and length of 710 mm was used. 30 flat copper heat transfer pipes were used for this heat exchanger which have 7 stainless steel baffles. The pipes have a diameter of 9,52 mm and a wall thickness of 0,50 mm and have a 30 ° C triangular array. Total heat transfer surface area is 0,58 m2. Mirror, cover and body are carbon steel. Two 45 liter carbon steel tanks, temperature control
devices, thermocouples, heaters and water pumps are the other components of the installed system. A program was writen in which temperature/time data of fluids were collected and fluid temperatures were controlled by PID control technique. Appropriate PID coefficients for the system were determined as a result of experiments. The experiments were made by changing the flow, temperature and tube pass numbers with the determined PID coefficients and the results were graphed. Heat exchanger simulation studies were conducted with Delaware method written in Matlab environment. Heat exchanger is also designed with Unilab package program. It was operated at the specified temperature and flow rates. Experimental results were compared with Unilab and matlab results.