آشنايي با مبدلهاي ريبويلر

بدضعیفمتوسطخوبعالی (4٫26 از 5)
Loading...

مبدلهاي ريبويلر( Reboiler ) دسته اي از مبدلهاي حرارتي مي باشند که به منظور ايجاد گرمايش در طبقات تحتاني ستون ها (Column) و برجهاي تقطير(Distillation Tower) مورد استفاده قرار مي گيرند. در واقع سيالي که در فرم مايع و به صورت سنگين در اين طبقات جمع مي شوند به نقطه جوش رسانده و به بخار تبديل مي نمايد. اين بخار جهت ادامه عمليات تقطير به سطوح مورد نظر در برج برگشت داده مي شود.
استفاده از اين تجهيزات در کنار برجهاي تقطير کاملاً مرسوم و متداول بوده، گرچه روشهاي ديگري بدين منظور از قبيل سيستم تأمين بخار خارجي، پيش گرمايش و يا سيستم هاي گرمايش داخلي نيز بکار گرفته مي شود.
مهمترين فاکتور در طراحي اين تجهيزات، انتخاب صحيح نوع پيکربندي متناسب با نوع سرويس و کاربرد آنها مي باشد. اکثر طرحهاي مورد استفاده از لحاظ ساختاري به صورت مبدل هاي پوسته لوله اي (Shell&Tube) بوده و ممکن است در بعضي کاربردها از ترکيب بندي هاي خاص ديگري نيز استفاده شود.
عوامل متعددي در انتخاب نوع ريبويلرها وجود دارد که مي توان به طور کلي به موارد زير اشاره کرد:
• نوع و سايز فضايي که جهت نصب در نظر گرفته شده است
• نوع جريان سيال (Flow Pattern)
• نسبت ميزان بخار توليدي به ميزان مايع ورودي
• رسوب پذيري سيال و ويسکوزيته آن
• همگرايي دما در ورودي و خروجي
• سطح مايع درون برج
با در نظر گرفتن موارد فوق و نيز تجارب طراحان و بهره برداران اين تجهيزات عمدتاً مي توان ساختار ريبويلرها را به شرح زير انتخاب نمود:
– عبور سيال به صورت اجباري (Forced) يا به صورت طبيعي (Natural) باشد
– بخار شدن درون تيوب صورت گيرد يا درون پوسته مبدل
– جريان از نوع Once-Through يا به صورت پروسسي باشد
– مبدل از نوع تک پوسته اي يا چندگانه باشد
– قرارگيري عمودي يا افقي باشد
اولين دسته بندي ريبويلرها را مي توان به صورت کلي به اين ترتيب در نظر گرفت:
• جريان اجباري در دو نوع افقي و عمودي
• جريان طبيعي : مبدلهاي (Thermosyphon)
باندل داخلي درون برج (Stab in)
نوع کتري شکل(Kettle)

جريان اجباري

عبور جريان در اين گونه ريبويلرها به صورت اجباري و تحت فشار يک پمپ مي باشد. عمليات گرمايش نيز به دو صورت تبادل گرما در يک مبدل حرارتي ( به واسطه عبور جريان گرم در لوله مبدل) و يا به صورت حرارت مستقيم (در اثر سوختن سوختهاي فسيلي) صورت مي پذيرد.
در حالي که از روش حرارت مستقيم استفاده شود، سيال پروسسي از درون مسير لوله اي کوره جريان پيدا مي کند که خود شامل دو ناحيه که در يکي از آنها تبادل گرما به صورت همرفت (Convection) و در ديگري به صورت تابش مستقيم (Radiation) صورت مي پذيرد، مي باشد. اين جريان با فشار مستقيم پمپ از ناحيه انتهاي برج تقطير به سمت کوره هدايت شده و نهايتاً پس از گرمايش به طبقات فوقاني برج انتقال داده مي شود.
مبدل هاي Thermosyphon

در اين ريبويلرها سيال بخار شونده تحت نيروي پيشرانه که ناشي از اختلاف دانسيته (چگالي) سيال خروجي و ورودي مي باشد به صورت طبيعي و بدون نياز به پمپ بين برج تقطير و ريبويلر در جريان مي باشد. اين عملکرد بي شباهت به پمپ هايي که با هوا کار مي کند (Air Lift) نمي باشد.
در واقع اين پمپ ها با عبور هوا از درون يک لوله به لوله اي با قطر داخلي بيشتر و ايجاد حباب هوا و در نهايت خروج آن و رسيدن به سطح بالاتر از سطح مخزن به علت اختلاف دانسيته، باعث مکش سيال و خروج آب همراه با حباب هوا از لوله اي ديگر مي گردد.
ساختار کلي اين تجهيزات در قالب يک مبدل پوسته- لوله ي با ترکيب بندي عمودي و افقي مي باشد. در نوع عمودي سيال درون لوله به بخار تبديل مي گردد و در حالي که در نوع افقي تبخير درون پوسته اتفاق مي افتد. گرچه قانون بسيار ساده اي در انتخاب ساختار عمودي يا افقي وجود دارد عوامل ديگري نيز در اين انتخاب بي تأثير نمي باشند. اين قانون بيان مي دارد در صورتي که ويسکوزيته سيال زير 0.5(cp) باشد، از نوع پيکربندي عمودي استفاده گرديده در غير اينصورت نوع افقي توجيه بيشتري دارد.
البته به خاطر اينکه ريبويلرها همراستا با سطح زيرين برجها قرار مي گيرند نوع افقي مزاياي بيشتري از قبيل سطح حرارتي بيشتر، سهولت پاکيزگي در اثر رسوب درون لوله، انعطاف پذيري بيشتري براي اپراتور براي دبي بيشتر سيال و نيز قرارگيري خروجي سيال بخار شده در سطح پايين تر از نوع عمودي دارد. ساختار جريان سيال (Flow Pattern) براي جريان برگشتي به برج تا حد قابل توجهي در انتخاب ريبويلر تأثير گذار است. بطور تجربي نسبت ميزان بخار شدن در ريبويلرهاي ترموسيفون را تا حد 30% مي بايست نگه داشت تا در ميزان انتقال حرارت مورد نياز خللي بوجود نيايد. چنين محدوديتي در مبدل هاي کتري شکل و نيز در نوع جريان اجباري وجود ندارد.

ملاحظات

پيکربندي مناسب

پيکربندي نامناسب

کم بودن ميزان نسبت مايع به بخار مورد نياز

Recirculating
Kettle

Once-through

بالا بودن ميزان نسبت مايع به بخار مورد نياز

Once-through

Recirculating

سيستمهاي با بخارپذيري نسبتاً کم

Recirculating

سيستمهاي با بخارپذيري نسبتاً بالا

Once-through

Recirculating

سايز وduty زياد مبدل طراحي شده

Horizontal

Vertical

مبدل هاي کوچک و کم توان

Vertical
Stab-in

خطرناک بودن بروز نشتي

Stab-in

استفاده از متريال خاص

Stab-in

نياز شديد به همگرا شدن دماها

Spiral-plate
Plate-fin

Shell-and-tube

وجود ذرات جامد در سيال

Kettle
Spiral-plate

Plate-fin

پايدار نبودن سيال از لحاظ خصوصيات ترمال

Recirculating (no baffle)

Kettle
Once through

وجود فضاي محدود نصب تجهيزات

Vertical

Horizontal

وجود فضاي کافي نصب تجهيزات

Horizontal

در کاربردهاي دماهاي بالا

Fired heaters

بالا بودن فلاکس حرارتي

Forced circulation
Flooded bundles

Natural circulation

در جدول زير خصوصيات، مزايا و معايب انواع ريبويلرها به اختصار ليست شده است:

معايب

مزايا

نوع

· نياز به لوله کشي و فضاي سبز بيشتر

· هزينه بالاي ساخت

· بروز رسوب با جريان هاي رسوب زا

· زمان ماندگاري بالا در ناحيه تبادل گرما

· راحتي تعميرات و نگهداري

· داشتن فضاي کافي جهت ايجاد بخار

· ارتفاع کم Skirt (تکيه گاه)

· کارکرد با جريان با ويسکوزيته بالاتر از 0.5 CP

· راحتي کنترل

بدون محدوديت در نسبت بخار به مايع

Kettle

· نگهداري دشوارتر و پرهزينه تر

· ارتفاع زياد نگهدارنده (Skirt)

· کنترلي در چرخه جريان (Circulation)وجود ندارد

درجه تحت کنترل بودن به صورت متوسط

لوله کشي ساده و فشرده به راحتي رسوب نمي گيرد هزينه ساخت کم

نوع عمودي (Once-through)

· جمع شدن اجزائ با نقطه جوش بالا در خط تغذيه (دما ممکن است مقداري بالاتر از مايع تحتاني برج باشد)

· ارتفاع زياد سطح مايع ممکن است ظرفيت ريبويلرها را کاهش دهد.

· راحت تر رسوب مي پذيرد

· هزينه نگهداري زياد

کنترل پذيري مناسب لوله کشي ماده و فشرده هزينه ساخت کم

نوع عمودي (جريان طبيعي)

· هيچگونه کنترل در چرخه جريان (Circulation) وجود ندارد

· درجه تحت کنترل بودن به صورت متوسط

· لوله کشي ساده و فشرده

· به راحتي رسوب نمي پذيرد

· ارتفاع کم تکيه گاه (Skirt)

افت فشار کم تر

· امکان استفاده از تيوبهاي بلندتر

هزينه ساخت کم

نوع افقي

(Once-through)

· فضا و لوله کشي بيشتر از نوع عمودي مورد نياز است

· راحت تر از نوع عمودي رسوب مي پذيرد

· هزينه بيشتر جهت پمپ و لوله کشي آن مورد نياز است.

· هزينه بهره برداري بيشتر

· فضاي بيشتر جهت نصب مورد نياز

· جمع شدن اجراء با نقطه جوش بالا

· در خط تغذيه (دما ممکن است مقداري بالاتر از مايع تحتاني برج باشد)

· راحتي تعميرات و نگهداري

· ارتفاع کم تکيه گاه(Skit)

· افت فشار کم تر

· امکان استفاده از تيوبهاي بلندتر

· هزينه ساخت کمتر از نوع (Kettle)

نوع افقي

(جريان طبيعي)



در شکل 10 چيدمان شماتيک قرارگيري مبدل هاي ريبويلرو نيز نحوه لوله کشي به اين تجهيزات در کنار برجهاي تقطير به نمايش گذاشته شده است.
قسمت (A مربوط به مبدل کتري شکل بوده که در آن سيال در فاز مايع از قسمت انتهايي برج تقطير به انتهاي مبدل هدايت مي شود، تبادل حرارت با گرماي ايجاد شده بواسطه عبور سيال گرم از درون لوله ها منجر به بخار قسمتي از مايع ورودي و خروج آن از بالاترين نقطه مبدل و رسيدن به برج تقطير مي گردد. با سر ريز آن قسمت از مايع که به بخار تبديل نشده است، از روي ورق جداکننده اي که به آن بفل سر ريز(Overflow-Baffle) نيز گفته مي شود، سيال در انتهاي مبدل جمع شده و نهايتاً به عنوان محصول انتهايي از چرخه ياد شده خارج مي گردد.
شکل C , B مبدلهاي ريبويلر افقي و عمودي را به تصوير مي کشد. در اين مبدلها نيز سيال در فاز مايع از انتهاي برج به مبدل هدايت شده و تبديل به سيال دو فازي مي گردد. همانطور که در تصوير مشاهده مي شود، نيازي به پمپ جهت به جريان درآوردن سيال نبوده بلکه بوسيله مکش ايجاد شده که قبلاً به آن اشاره گرديد سيال درون اين چرخه به صورت طبيعي در جريان است. ارتفاع ورودي به برج بايد به اندازه اي باشد که به ميزان کافي فضاي جدايش فاز مايع از گاز وجود داشته باشد. در اين صورت فاز گاز به طبقات بالايي و فاز مايع به انتهاي برج هدايت مي شود. مقداري از مايع خارج شده از ريبويلر دوباره در چرخه گرمايش توسط خود ريبويلر قرار مي گيرد، در حالي که مابقي از انتهاي برج به عنوان محصول تحتاني برج تقطير استخراج مي گردد. بجز ملاحظاتي نظير گرانروي (کمتر از 0.5 cp ) و نيز ميزان درصد بخار شدن ( کمتر از 30% ) که استفاده از ترموسيفون هاي عمودي را در اولويت قرار مي دهد، ارتفاع و فضاي کافي جهت برقراري نيروي مکش نيز تأثير گذار مي باشد. در واقع مي بايست ارتفاع معادل فشار (Head) به ميزاني باشد که بر افت فشار درون خطوط لوله و نيز ميزان نيروي رانش خط تغذيه فائق آيد. در مبدلهاي عمودي بالاترين نقطه سر تيوبها بايد با حد ( LLL ) يا پايين ترين سطح مايع هم راستا باشد؛ در حالي که در نوع ديگر ( افقي ) حد (LLL ) از خط مرکز مبدل حداقل به اندازه 3 فوت بالاتر بايد باشد.
(شکل(D : تفاوت ساختار قرارگيري مبدل هاي جريان اجباري (Forced Circulation) با مبدل هاي پيشين در نوع به جريان انداختن سيال به وسيله پمپ مي باشد. معمولاً مهمترين عامل انتخاب اين نوع پيکربندي گرانروي زياد سيال مورد استفاده بوده و محدوديتي در ارتفاع نصب اين تجهيزات وجود ندارد. در طراحي اين گونه ريبويلرها کاهش افت فشار چندان حياتي نبوده و معمولاً براي فائق آمدن بر افت فشارهاي زياد کاربرد مطلوبي دارند.
شکل E وF نوع ديگري از مبدل هاي ريبويلر را به عنوان يک بار گذر يا (Once through) به نمايش مي گذارد. مايع خارج شده از سيني هاي تحتاني برج به مبدل انتقال داده شده و پس از اعمال گرمايش به ناحيه اي از برج برگشت داده مي شود. در اين عمليات سيال مورد نظر تنها يک بار در چرخه گرمايش شرکت کرده در نتيجه مايعي که همراه با گاز برگشت داده مي شود در انتهاي برج به عنوان محصول نهايي سنگين خارج مي شود. به علت ماهيت اشاره شده نوع لوله کشي با انواع پيشين متفاوت خواهد بود.



در شکل 11 بفل ها و جداکننده ها در برج که به منظور هدايت و نيز جداسازي دو فاز سيالي مايع و گاز به کار گرفته مي شوند را نمايش مي دهد. اين پيکربندي ها در مبدل هاي جريان طبيعي و نيز در مبدل هاي جريان اجباري کاربرد دارند.
در قسمت (A که مربوط به مبدل يک بارگذر مي باشد و نيز در قسمت (B هيچ گونه بفلي براي جدايش سيال استفاده نشده است.
در مبدل هاي ترموسيفون اگر سطح مايع درون قسمت تحتاني برج به ميزان مشخصي ثابت نگهداشته شود، کارايي بهتري حاصل مي شود و اين امر به واسطه استفاده از بفل هاي جداکننده امکان پذير مي باشد. لذا در قسمت C اليF انواع چيدمان قرارگيري بفلها در انتهاي برج تقطير جهت رسيدن به سطح ثابت سيال در حالت مايع را مي توان مشاهده نمود. در قسمت (F سوراخي درون بفل در نظر گرفته شده که بر اساس نظر تعدادي از متخصصان کارايي چنداني ندارد.

کلمات جستجو شده: ریبویلر, انواع ریبویلر, ريبويلر, ریبویلرها, مبدل ترموسیفون, ریبویلر ترموسیفون, انواع ریبویلرها, انواع ریبویلر در برج تقطیر, ترموسیفون, ترموسیفون ریبویلر

نوشته های مرتبط

4 نظر برای آشنايي با مبدلهاي ريبويلر

  1. محمد رحیمی
    اسفند ۱۶, ۱۳۹۳

    ممنونم از مطالب اموزندتون…بسیار عالی بود..

    رتبه دهید: Thumb up 1 Thumb down 1

  2. Ali shekar
    شهریور ۱۴, ۱۳۹۳

    سلام ميشه اي فايل برا ايميل كتيد؟ ممنون

    رتبه دهید: Thumb up 1 Thumb down 1

  3. جمال یوسفی
    بهمن ۱, ۱۳۹۲

    مطالب سایتتون کامل و آموزنده هست . ممنون از وقتی که برای جمع آوری این مطالب میگذارید.

    رتبه دهید: Thumb up 2 Thumb down 3

  4. سعید جعفرزاده
    مهر ۳۰, ۱۳۹۲

    با تشکر مطالب بسیار اموزنده ای بود

    Well-loved. Like or Dislike: Thumb up 7 Thumb down 2

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *