Hitteruiler - Wikipedia
'n Hitteruiler is 'n toestel wat gebou is om die doeltreffende warmte-oordrag vanaf een medium na 'n ander te bewerkstellig, hetsy die media geskei is deur 'n soliede wand om te keer dat hulle meng of die media in direkte kontak is. Hulle word gebruik vir binnenshuise verhitting, verkoeling, lugversorging, kragstasies, chemiese- en petrochemiese aanlegte. 'n Algemene voorbeeld van 'n hitteruiler is die verkoeler van 'n motor, waar die warm verkoelingsvloeistof in die enjin die warmte oordra na die lug wat deur die verkoeler vloei.
'n Silindriese hitteruiler.
2 Soorte hitteruilers
2.1 Buis-en-mantel hitteruilers
Teenstroom (A) en parallelle (B) vloeie
Hitteruilers kan geklassifiseer word volgens hul vloeirangskikkings. In parallelle-vloei hitteruilers gaan die vloeiers die hitteruiler aan dieselfde kant binne en beweeg dan parallel ten opsigte van mekaar na die ander kan van die hitteruiler. In teenstroom hitteruilers gaan die vloeisntowwe die hitteruiler van teenoorgestelde kante binne. Die teenstroom-ontwerp is die mees doeltreffende aangesien dit die meeste warmte oordra. In 'n kruisvloei hitteruiler beweeg die vloeiers rofweg loodreg ten opsigte van mekaar deur die hitteruiler.
Fig. 1: Buis-en-mantel hitteruiler, enkelgang (1-1 parallelle vloei)
Fig. 2: Buis-en-mantel hitteruiler, 2-gang buiskant (1-2 kruisvloei)
Fig. 3: Buis-en-mantel hitteruiler, 2-gang mantelkant, 2-gang buiskant (2-2 teenstroom)
Hitteruilers word vir die doeltreffendheidsdoeleindes ontwerp om die oppervlak van die wand tussen die twee vloeiers te maksimeer en terselfdertyd die weerstand teen vloei te minimeer. Die hitteruiler se werkverrigting kan ook beïnvloed word deur die byvoeging van vinne of kartelings in een of beide rigtings wat die oppervlak verhoog en die vloeier kanaliseer of om turbulensie te bewerkstellig.
Die temperatuurverskil wat die dryfkrag is vir warmte-oordrag verskil op verskillende plekke in die hitteruiler, maar 'n geskikte gemiddelde temperatuurverskil kan gedefinieer word. In die meeste eenvoudige stelsels word die logaritmies gemiddelde temperatuurverskil (LGTV) gebruik. Soms is direkte inligting ten opsigte van die LGTV nie beskikbaar nie en word die NTU-metode gebruik.
'n Buis-en-mantel hitteruiler
Buis-en-mantel hitteruilers bestaan uit 'n reeks buise. Een stel van hierdie buise bevat die vloeier wat óf verhit óf verkoel moet word. Die tweede vloeier vloei ana die buitekant oor die buise sodat dit warmte kan verskaf of absorbeer vanuit die vloeier binne-in die buise. 'n Stel buise word die buisbondel genoem en kan bestaan uit verskeie soorte buise hetsy gewone of longitudinaal gevinde buise ensovoorts. Buis-en-mantel hitteruilers word tipies gebruik in hoëdruktoepassings (met drukke hoër as 30 bar en temperature hoër as 260 °C. Dit is omdat die buis-en-mantel hitteruilers vanweë hul vorm baie gehard is.
Daar bestaan verskeie termiese ontwerpsoorwegings wanneer die buise in die buis-en-mantelhitteruiler ontwerp word. Dit sluit in:
Buisdeursnee: Die gebruik van 'n klein buisdeursnee maak die hitteruiler ekonomies en kompak. Dit maak dit egter meer waarskynlik dat die hitteruiler vinniger sal verstop en bemoeilik die kleiner deursnee ook die meganiese skoonmaak van die buise. Om hierdie probleme te oorkom word 'n groter deursnee dus gebruik. Om die beste deursnee te bepaal moet die beskikbare ruimte, koste en die bevuilingsaard van die vloeiers in ag geneem word
Buisdikte: Die buiswand se dikte word gewoonlik bepaal om te verseker dat:
Daar genoeg toegelaat word vir korrosieverliese
Daar voldoende weerstand is teen vibrasie wat deur die vloeier teweeggebring word
Die vermoë om maklik spaarbuise te stoor. Soms word die wanddikte ook bepaal deur die maksimum drukverskil wat oor die wand kan voorkom.
Buislengte: Hitteruilers is gewoonlik goedkoper as die manteldeursnee kleiner is. Dit kan vermag word deur die buise langer te maak. Daar word dus gewoonlik na gestreef om die hitteruiler so lank as moontlik te maak. Daar bestaan egter verskeie beperkings soos die beskikbare ruimte en die feit dat dit moeilik is om baie lang buise in 'n hitteruiler te vervang.
Buisspasiëring: ten tyde van so 'n hitteruiler se ontwerp, word daar om praktiese redes verseker dat die buisspasiëring (m.a.w. die middelpuntafstande tussen twee aangrensende buise) nooit minder as 1,25 keer die buis se buitedeursnee is nie.
Geriffelde buise: hierdie soort buise word hoofsaaklik vir die binneste buise gebruik omdat hulle die turbulensie van die vloeiers verhoog wat sodoende 'n verhoogde hitte-oordrag en gevolglik hoër werkverrigting meebring.
Konsepdiagram van 'n plaat-en-raam hitteruiler.
'n Enkele plaat van 'n hitteruiler
'n Ander soort hitteruiler is die plaathitteruiler. In een van hierdie soorte word 'n aantal dun plate wat effens van mekaar geskei is opmekaar gestapel. Hierdie plate het 'n baie groot hitte-oordragoppervlak en dit bied ook baie ruimte vir die vloeier om deur te vloei. Die gestapelde plaatrangskikking kan meer doeltreffend wees vir 'n gegewe ruimte as die buis-en-mantel hitteruiler. Ontwikkelinge in pakkings- en sweistegnologie het plaathitteruilers vir baie meer toepassings as voorheen geskik gemaak. Die plaat-en-raamtipe maak dit ook maklik om die hitteruiler uitmekaar te haal vir skoonmaak- en inspeksiedoeleindes. Daar bestaan egter ook baie soorte plaathitteruilers waar die plate permanent aanmekaar vasgesweis is en word dikwels gebruik in geslote-lusstelsels soos in bevriesing. Plaathitteruilers kan ook verskil ten opsigte van die soorte plate wat gebruik word en die rangskikking van die plate. Sommige plate kan riffels hê in 'n "chevron" of ander dergelike patroon daarop uitgedruk, terwyl ander gemasjineerde vinne of groewe op die plate kan hê.
'n Spiraalplaathitteruiler verwys gewoonlik na twee plat plate wat saam opgerol word om twee kanale te lewer waarin die vloeistowwe in 'n teenstroomrangskikking kan vloei. 'n Paar inlate en uitlate word loodreg ten opsigte van die buitenste arms van die spiraal gemonteer. Aksiale inlate en uitlate word ook soms aangebring. Die groot voordeel van spiraalplaathitteruilers is dat hulle ruimte doeltreffend benut. Hierdie hitteruilers maak ook 'n klein drukval tussen die inlaat en die uitlaatkant moontlik.
As gevolg van die vele veranderlikes betrokke is die keuse van die optimale hitteruiler 'n uitdagende taak. Handberekenings kan gedoen word maar die vele iterasies wat benodig word maak die gebruik van rekenaarprogramme vir dié doeleinde meer geskik. Sulke programme word dan dikwels deur ingenieurs uitgevoer of deur verskaffers gebruik om die geskikte hitteruileruitleg te bereken.
Ten einde die geskikte hitteruiler te kies, sal ontwerpers eerstens die ontwerpsbeperkinge vir elke soort hitteruiler moet oorweeg. Alhoewel koste gewoonlik die belangrikste oorweging is, bestaan daar verskeie ander belangrike oorwegings wat insluit:
Die hoë- en laedrukbeperkinge
Produkmengsel (vloeistof/vloeistof, partikels of 'n hoë vastestofinhoud)
Drukvalle oor die hitteruiler
Hoeveelheid vloei wat hanteer kan word
Hoe maklik dit skoongemaak, onderhou en herstel kan word
Die materiale wat benodig word vir die bou daarvan
Hoe maklik dit is om die hitteruiler te vergroot indien nodig
Die keuse van die gepaste hitteruiler vereis 'n mate van kennis van die verskillende soorte hitteruilers asook die omgewing waarin die eenheid bedryf sal word. In die vervaardigingsbedrywe sal daar tipies van verskeie verskillende soorte hitteruilers gebruik gemaak word in 'n enkele proses om 'n eindproduk te lewer.
Benaderingstemperatuur approach temperature Alle Temperatuurverskil tussen warm en koue stroom aan die in- en uitlaatkant. Gewoonlik ontwerp mens vir benaderingstemperature van ongeveer 10 °C
Buisplaat tube sheet Buis-en-mantel Plaat waarin die buise steek. Daar is altyd twee buisplate per hitteruiler behalwe vir U-buis hitteruilers.
Gange passes Buis-en-mantel Verwys na die hoeveelheid keer die vloei aan die buiskant van rigting verander. 'n U-buis hitteruilers het twee gange.
Hittelas heat duty Alle Hoeveelheid hitte wat geruil word in die hitteruiler. Dit is gelyk aan die hitte wat die warm stroom afgee en wat die koue stroom opneem.
Keerplate baffles Buis-en-mantel Plate aan die mantelkant wat die vloei manipuleer.
↑ Sadik Kakaç and Hongtan Liu (2002). Heat Exchangers: Selection, Rating and Thermal Design (2nd uitg.). CRC Press. ISBN 0-8493-0902-6.
↑ "Alfa Laval Spiraalplaat hitteruilers". Geargiveer vanaf die oorspronklike op 18 Augustus 2010. Besoek op 7 Oktober 2008.
↑ "Cooling Text". Geargiveer vanaf die oorspronklike op 9 Februarie 2009. Besoek op 7 Oktober 2008.
↑ White, F.M 'Heat and Mass Transfer' © 1988 Addison-Wesley Publishing Co. bl. 602-604
↑ http://www.geothermie.de/egec-geothernet/prof/heat_exchangers.htm Geargiveer 29 Maart 2008 op Wayback Machine 'Heat Exchangers' Kevin D. Rafferty, Gene Culver Geo-Heat Center © 1996–2001 Laas nagegaan op 17/3/08
↑ http://www.process-heating.com 'For manufacturing engineers who use heat processing equipment- Heat exchanger basics' BNP Media © 2007 Laas nagegaan op 17/3/08