Quels sont les différents types d'échangeurs de chaleur?

Les échangeurs de chaleur, à la fois les fluides froids et chauds, contournent les fluides chauds et froids sur les côtés opposés d’une pièce de métal. La chaleur d’un fluide est transférée à travers le métal (qui conduit bien la chaleur) dans un autre fluide sans qu’il soit en contact avec le fluide. Une vitesse de fluide élevée, une turbulence élevée, une surface de contact élevée et des différences de température plus importantes contribuent toutes à un transfert de chaleur plus efficace. Cependant, différentes conceptions peuvent fonctionner différemment selon l’application réelle. D’une manière générale, il existe trois types d’échangeurs de chaleur courants: les échangeurs de chaleur à plaques et à cadres, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes et les échangeurs de chaleur à double tube. Ils peuvent tous être efficaces dans une variété d’applications de transfert de chaleur, mais l’optimisation de l’efficacité, du coût et de l’espace dépend fortement du processus spécifique dans lequel l’échangeur de chaleur est installé. Dans ce blog, nous décrivons les échangeurs de chaleur à plaques et cadres, calandre et tube et double tube les plus couramment utilisés.

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1 Échangeur de chaleur à plaques et cadres

1.1 Avantages des échangeurs de chaleur à plaques et cadres:

1.2 Inconvénients des échangeurs à plaques et cadres:

1.3 Les applications typiques des échangeurs de chaleur à plaques et cadres incluent:

2 Échangeur de chaleur à coque et tube

2.1 Avantages des échangeurs de chaleur à coque et à tube:

2.2 Inconvénients des échangeurs de chaleur à coque et à tube:

2.3 Les applications typiques des échangeurs de chaleur à coque et à tube incluent:

3 Échangeur de chaleur à double tube

3.1 Avantages des échangeurs de chaleur à double tube:

3.2 Inconvénients des échangeurs de chaleur à double tube:

3.3 Les applications typiques des échangeurs de chaleur à double tube incluent:

Échangeur de chaleur à plaques et cadres

Les échangeurs de chaleur à plaques et cadres sont également appelés échangeurs de chaleur à plaques. Un échangeur de chaleur à plaques et cadres est un échangeur de chaleur qui utilise des plaques métalliques pour transférer la chaleur entre deux fluides. Les échangeurs de chaleur utilisant de l’air ou du gaz et un écoulement de fluide à faible vitesse utiliseraient cet agencement. La caractéristique de conception de l’échangeur de chaleur à plaques et cadres est que les plaques parallèles ondulées contrôlent le flux alternatif de fluides chauds et froids à la surface des plaques à travers des joints. La plaque de cadre et la plaque de pression compriment les plaques d’espacement ensemble en serrant les boulons. La plaque entretoise et le plateau de pression sont suspendus entre la tige supérieure et la tige de guidage inférieure. La conception mécanique simple permet un nettoyage facile et un changement de capacité en ajoutant ou en retirant. Le milieu froid ou chaud et le fluide traité circulent dans des canaux alternés et la chaleur est transférée du canal le plus chaud vers le canal le plus froid. Par rapport aux échangeurs de chaleur à coque et à tube, les échangeurs de chaleur à plaques et à châssis ont généralement un volume et un coût inférieurs. Une autre différence entre les deux est que les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés pour les fluides à moyenne et basse pression par rapport aux types à coque et à tube pour les fluides à moyenne et haute pression. En raison des chemins relativement étroits entre les plaques dans un échangeur de chaleur à plaques et cadres et de l’écoulement turbulent créé par la conception ondulée des plaques, sa conception est idéale pour chauffer des fluides de faible à moyenne viscosité. Lorsque le fluide est de viscosité modérée (consistance) ou contient un petit nombre de particules, un espace plus large entre les plaques aide à maintenir les exigences d’écoulement et permet aux particules de passer entre les plaques sans entraver l’écoulement. Les planches standard ont généralement un motif à chevrons pour maximiser la résistance de la planche sous haute pression. Les plaques peuvent avoir différents angles de chevron, optimisés pour l’efficacité du transfert de chaleur pour une chute de pression spécifique. Une plaque d’écoulement plus large a moins de points de contact, aidant à prévenir le colmatage à la fois. Ils sont très efficaces pour les applications de purées chauffées au liquide ou à la vapeur.

Avantages des échangeurs de chaleur à plaques et cadres:

Faible coût d’achat initial.
Il existe de nombreuses configurations parmi lesquelles choisir.
Efficacité de transfert de chaleur plus élevée.
L’encrassement est réduit en raison de la forte turbulence de l’échangeur de chaleur.
Un croisement de température important peut être obtenu.
Petite empreinte.

Inconvénients des échangeurs à plaques et cadres:

Plages de pression et de température admissibles plus étroites.
Les voies d’écoulement étroites sont sujettes au colmatage/encrassement.
Les joints d’étanchéité nécessitent des procédures d’ouverture et de fermeture spéciales.
En raison de la paroi mince du tube, le choix du matériau est critique.

Les applications typiques des échangeurs de chaleur à plaques et cadres incluent:

Produits de faible à moyenne viscosité pratiquement sans particules: lait, crème, mélanges pour glaces, boissons, bière, moût de bière, etc.

Échangeur de chaleur à coque et tube

Ce type de famille d’échangeurs de chaleur, ainsi que diverses modifications structurelles, est probablement l’échangeur de chaleur le plus largement utilisé et le plus couramment utilisé dans l’industrie. Les échangeurs de chaleur à calandre et tube se composent d’un seul tube ou d’une série de tubes parallèles (c’est-à-dire des faisceaux de tubes) enfermés dans un récipient sous pression cylindrique scellé (c’est-à-dire une calandre). Ces dispositifs sont conçus pour qu’un fluide s’écoule à travers les plus petits tubes, tandis que l’autre fluide s’écoule à l’extérieur de ses/eux et entre eux/elles à l’intérieur de l’enceinte étanche. Les échangeurs de chaleur à calandre et à tube sont en outre classés en fonction du nombre d’échangeurs de chaleur à calandre et à tube impliqués, généralement des échangeurs de chaleur à calandre et à tube avec des pressions supérieures à 30 bar et des températures supérieures à 260 °C sont utilisés pour les applications à haute pression. En effet, l’échangeur de chaleur à coque et à tube est conçu pour résister à des pressions élevées. Ce type d’échangeur de chaleur comporte des tubes de petit diamètre installés entre deux plaques tubulaires à travers lesquelles se déplace le fluide principal. Le faisceau de tubes est disposé à l’intérieur d’une enceinte à travers laquelle le fluide secondaire circule sur la surface des tubes. En génie nucléaire, la chaleur générée dans le cœur d’un réacteur nucléaire est transférée à la vapeur d’eau. Pour augmenter la chaleur transférée et la puissance générée, il faut maximiser la surface d’échange thermique, ce qui est obtenu grâce à l’utilisation de tubes. Chaque générateur de vapeur peut contenir de 3000 à 16000 canettes, chaque tube fait environ 19mm de diamètre.

Avantages des échangeurs de chaleur à coque et à tube:

Largement connu et compris.
Le type le plus courant de service d’échangeur de chaleur.
Plage de pression et de température autorisée la plus large.
Structure mécanique robuste.

Inconvénients des échangeurs de chaleur à coque et à tube:

L’efficacité de l’échange de chaleur est inférieure à celle des autres types d’échangeurs de chaleur.
Soumis à des vibrations induites par le débit.
Peu adapté aux conditions de passage de température.
Contient des zones stagnantes côté virole pouvant entraîner de la corrosion.
La distribution des flux est inégale.

Les applications typiques des échangeurs de chaleur à coque et à tube incluent:

Produits de viscosité faible à moyenne: Selon le produit spécifique sélectionné, peuvent contenir des particules de différentes tailles, notamment de la pulpe, des purées, du WFI, des lotions, des gels, des boissons contenant des produits laitiers fortement contaminés.

Échangeur de chaleur à double tube

Les échangeurs de chaleur à double tube sont une forme d’échangeurs de chaleur à coque et à tube, la conception et la configuration d’échangeur de chaleur les plus simples, composées de deux ou plusieurs tuyaux et tubes cylindriques concentriques (un tube plus grand et un tube ou plus petit). Selon la conception de l’échangeur de chaleur à calandre et tube, un fluide s’écoule à travers les tubes plus petits et l’autre fluide s’écoule autour des tubes plus petits à l’intérieur des tubes plus grands. Ce type d’échangeur de chaleur est connu pour être le plus basique et le plus abordable. Sa taille le rend idéal pour les espaces restreints, offrant une flexibilité supplémentaire dans l’agencement du processus de fabrication. L’un des échangeurs de chaleur les moins chers en termes de conception et d’entretien est l’échangeur de chaleur à double tube, ce qui le rend idéal pour les petites industries. Bien que ces échangeurs de chaleur soient simples et peu coûteux à concevoir et à entretenir, leur faible efficacité et leur encombrement à grande échelle ont conduit l’industrie moderne à utiliser des échangeurs de chaleur plus efficaces tels que des échangeurs de chaleur à coque et à tube.

Avantages des échangeurs de chaleur à double tube:

Vous pouvez obtenir une bonne efficacité de transfert de chaleur à un faible coût d’investissement.
Comparés aux échangeurs de chaleur à coque et à tube, ils sont petits, ne nécessitent pas beaucoup d’espace de maintenance et le transfert de chaleur est acceptable.
En raison de leur popularité, tous les composants sont standardisés, ce qui facilite grandement les réparations et l’entretien.
Ils ont une conception flexible et d’autres ajouts et suppressions peuvent être effectués facilement.
Vous pouvez utiliser ce type d’échangeur sous haute pression et haute température.
La conception de l’échangeur de chaleur permet une plus grande dilatation thermique sans aucun joint de dilatation.

Inconvénients des échangeurs de chaleur à double tube:

Ils sont généralement utilisés dans les conceptions à contre-courant et ne peuvent pas être utilisés dans certaines applications, mais cela ne signifie pas qu’ils ne peuvent pas être utilisés en flux parallèle.
Ils ont des limitations dans le transfert de chaleur plutôt que des conceptions complexes et doivent être utilisés pour de faibles charges thermiques.
Ce type de fuite d’échangeur de chaleur est plus courant (associé à plusieurs unités).

Les applications typiques des échangeurs de chaleur à double tube incluent:

Il est difficile de couvrir toutes les applications des échangeurs de chaleur à double tube. Ils sont populaires dans les applications à haute température et haute pression, telles que les chaudières et les compresseurs, et pour la chaleur et le refroidissement sensibles dans les systèmes techniques, pour n’en nommer que quelques-uns.

Comme vous le savez, les styles d’échangeurs de chaleur peuvent varier considérablement en fonction de nombreuses variables, ce qui peut rendre le bon choix pour votre processus de brassage décourageant. Dans un blog ultérieur, nous vous expliquerons comment une brasserie doit choisir un échangeur de chaleur. Bien sûr, si vous envisagez d’ouvrir une brasserie ou d’agrandir votre brasserie, vous pouvez également nous contacter pour une solution clé en main ou un plan d’expansion.

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