Un \u00e9changeur de chaleur est un dispositif qui transf\u00e8re une partie de la chaleur d'un fluide chaud \u00e0 un fluide froid, \u00e9galement connu sous le nom d'\u00e9changeur de chaleur. Les \u00e9changeurs de chaleur jouent un r\u00f4le important dans la production chimique, p\u00e9troli\u00e8re, \u00e9nerg\u00e9tique, alimentaire et dans de nombreuses autres productions industrielles. Dans la production chimique, les \u00e9changeurs de chaleur peuvent \u00eatre utilis\u00e9s comme r\u00e9chauffeurs, refroidisseurs, condenseurs, \u00e9vaporateurs et rebouilleurs, et sont largement utilis\u00e9s.<\/p>\n
Convient aux \u00e9changeurs de chaleur avec diff\u00e9rents fluides, conditions de travail, temp\u00e9ratures et pressions, et avec diff\u00e9rents types de structure. La classification sp\u00e9cifique des \u00e9changeurs de chaleur est la suivante :
\nClassification bas\u00e9e sur les principes de transfert de chaleur
\n1. L'\u00e9changeur de chaleur entre parois est un type d'\u00e9changeur de chaleur dans lequel deux fluides de temp\u00e9ratures diff\u00e9rentes circulent dans un espace s\u00e9par\u00e9 par la paroi, en conduisant la chaleur sur la paroi et la convection sur la surface de la paroi. La chaleur est transf\u00e9r\u00e9e entre les deux fluides. Les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 paroi comprennent les \u00e9changeurs \u00e0 tubes et \u00e0 calandre, les \u00e9changeurs \u00e0 manchon et d'autres types d'\u00e9changeurs de chaleur. Les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 paroi sont les types d'\u00e9changeurs de chaleur les plus utilis\u00e9s.
\n2. Un \u00e9changeur de chaleur \u00e0 accumulation de chaleur est un corps de stockage de chaleur compos\u00e9 de mat\u00e9riaux solides, qui transf\u00e8re la chaleur d'un fluide \u00e0 haute temp\u00e9rature \u00e0 un fluide \u00e0 basse temp\u00e9rature. Le fluide chaud atteint d'abord une certaine temp\u00e9rature en chauffant le mat\u00e9riau solide, puis le fluide froid est chauff\u00e9 par le mat\u00e9riau solide pour r\u00e9aliser le transfert de chaleur. Les \u00e9changeurs de chaleur r\u00e9g\u00e9n\u00e9ratifs comprennent des types rotatifs et des types \u00e0 commutation de vannes.
\n3. \u00c9changeur de chaleur indirect \u00e0 connexion fluidique L'\u00e9changeur de chaleur indirect \u00e0 connexion fluidique est un \u00e9changeur de chaleur qui relie deux \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 surface avec un caloporteur en circulation. Le caloporteur circule entre l'\u00e9changeur de chaleur \u00e0 fluide \u00e0 haute temp\u00e9rature et le fluide \u00e0 basse temp\u00e9rature, recevant la chaleur du fluide \u00e0 haute temp\u00e9rature et c\u00e9dant la chaleur au fluide \u00e0 basse temp\u00e9rature dans l'\u00e9changeur de chaleur \u00e0 fluide \u00e0 basse temp\u00e9rature.
\n4. L'\u00e9changeur de chaleur \u00e0 contact direct, \u00e9galement connu sous le nom d'\u00e9changeur de chaleur hybride, est un \u00e9quipement o\u00f9 deux fluides entrent en contact direct et se m\u00e9langent pour l'\u00e9change de chaleur, tel qu'une tour d'eau froide, un condenseur de gaz, etc.
\n5. Un \u00e9changeur de chaleur compos\u00e9 est un \u00e9quipement qui combine deux types de m\u00e9thodes de transfert de chaleur : le transfert de chaleur indirect \u00e0 la surface de la vapeur et le transfert de chaleur direct du flux d'eau m\u00e9lang\u00e9e. Par rapport au transfert de chaleur indirect \u00e0 la surface de la vapeur, il a une efficacit\u00e9 de transfert de chaleur plus \u00e9lev\u00e9e ; Par rapport au m\u00e9lange direct de vapeur et d'eau pour l'\u00e9change de chaleur, il a une plus grande stabilit\u00e9 et un bruit unitaire plus faible.
\nClass\u00e9s par objectif
\n1. Un appareil de chauffage chauffe le fluide \u00e0 la temp\u00e9rature n\u00e9cessaire, mais le fluide chauffant ne subit aucun changement de phase.
\n2. Le pr\u00e9chauffeur pr\u00e9chauffe le fluide \u00e0 l'avance, fournissant des param\u00e8tres de processus standard pour les op\u00e9rations de traitement.
\n3. Un surchauffeur est utilis\u00e9 pour chauffer un fluide (gaz de traitement ou vapeur) jusqu'\u00e0 ce qu'il soit surchauff\u00e9. 4. L'\u00e9vaporateur est utilis\u00e9 pour chauffer le fluide \u00e0 une temp\u00e9rature sup\u00e9rieure au point d'\u00e9bullition, ce qui provoque l'\u00e9vaporation du fluide, g\u00e9n\u00e9ralement avec des changements de phase.
\nClass\u00e9s par structure
\nIls peuvent \u00eatre divis\u00e9s en : \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 t\u00eate flottante, \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques tubulaires fixes, \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques tubulaires en forme de U, \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques, etc.<\/p>\n
Les \u00e9changeurs de chaleur peuvent \u00eatre divis\u00e9s en trois types en fonction des diff\u00e9rentes m\u00e9thodes de transfert de chaleur : hybride, stockage thermique et interparois.<\/p>\n
Un \u00e9changeur de chaleur hybride est un \u00e9changeur de chaleur qui \u00e9change de la chaleur par contact direct et m\u00e9lange de fluides froids et chauds, \u00e9galement connu sous le nom d'\u00e9changeur de chaleur de contact. \u00c9tant donn\u00e9 qu'une s\u00e9paration rapide est n\u00e9cessaire apr\u00e8s le m\u00e9lange et l'\u00e9change de chaleur entre deux fluides, ce type d'\u00e9changeur de chaleur convient \u00e0 l'\u00e9change de chaleur entre des fluides gazeux et liquides. Par exemple, dans les tours de refroidissement utilis\u00e9es dans les usines chimiques et les centrales \u00e9lectriques, l'eau chaude est pulv\u00e9ris\u00e9e de haut en bas, tandis que l'air froid est aspir\u00e9 de bas en haut. \u00c0 la surface du film d'eau ou des gouttelettes du mat\u00e9riau de remplissage, l'eau chaude et l'air froid entrent en contact pour \u00e9changer de la chaleur. L'eau chaude est refroidie, l'air froid est chauff\u00e9, puis s\u00e9par\u00e9 en temps voulu en fonction de la diff\u00e9rence de densit\u00e9 entre les deux fluides.<\/p>\n
Un \u00e9changeur de chaleur \u00e0 stockage thermique est un type d'\u00e9changeur de chaleur qui utilise un flux alternatif de fluides froids et chauds \u00e0 travers la surface du mat\u00e9riau de stockage thermique (garniture) dans une chambre de stockage thermique, afin d'\u00e9changer de la chaleur, comme une chambre de stockage thermique pour pr\u00e9chauffer l'air en dessous d'un four \u00e0 coke. Ce type d'\u00e9changeur de chaleur est principalement utilis\u00e9 pour r\u00e9cup\u00e9rer et utiliser la chaleur des gaz d'\u00e9chappement \u00e0 haute temp\u00e9rature. Un \u00e9quipement similaire destin\u00e9 \u00e0 r\u00e9cup\u00e9rer l'\u00e9nergie froide est appel\u00e9 dispositif de stockage du froid, qui est souvent utilis\u00e9 dans les dispositifs de s\u00e9paration de l'air.<\/p>\n
Un \u00e9changeur de chaleur \u00e0 paroi est un type d'\u00e9changeur de chaleur dans lequel les fluides froid et chaud sont s\u00e9par\u00e9s par des parois solides et l'\u00e9change de chaleur se fait \u00e0 travers les parois. C'est pourquoi il est \u00e9galement connu sous le nom d'\u00e9changeur de chaleur \u00e0 surface, et ce type d'\u00e9changeur de chaleur est le plus largement utilis\u00e9.<\/p>\n
Les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 paroi peuvent \u00eatre divis\u00e9s en types de tubes, de plaques et autres types en fonction de la structure de la surface de transfert de chaleur. Les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 tubes utilisent la surface du tube comme surface de transfert de chaleur, y compris les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 tubes serpentins, les \u00e9changeurs de chaleur tubulaires et les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 faisceau tubulaire ; les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques utilisent la surface de la plaque comme surface de transfert de chaleur, y compris les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques, les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques en spirale, les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 ailettes, les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 faisceau tubulaire et les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques parapluie, etc ; d'autres types d'\u00e9changeurs de chaleur sont con\u00e7us pour r\u00e9pondre \u00e0 certaines exigences particuli\u00e8res, telles que les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 surface racl\u00e9e, les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 plaques rotatives et les refroidisseurs d'air.<\/p>\n
Il existe g\u00e9n\u00e9ralement deux types de sens d'\u00e9coulement relatif pour les fluides dans les \u00e9changeurs de chaleur : l'\u00e9coulement vers l'avant et l'\u00e9coulement vers l'arri\u00e8re. Lors de l'\u00e9coulement vers l'aval, la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature entre les deux fluides \u00e0 l'entr\u00e9e est maximale et diminue progressivement le long de la surface de transfert de chaleur, jusqu'\u00e0 ce que la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature \u00e0 la sortie soit minimale. En cas d'\u00e9coulement inverse, la distribution de la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature entre les deux fluides le long de la surface de transfert de chaleur est relativement uniforme. En partant du principe que les temp\u00e9ratures d'entr\u00e9e et de sortie des fluides froid et chaud sont constantes, lorsque les deux fluides n'ont pas de transition de phase, la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature uniforme maximale et minimale dans un \u00e9coulement \u00e0 contre-courant est la m\u00eame.<\/p>\n
Si la zone de transfert de chaleur reste inchang\u00e9e, l'utilisation du contre-courant peut r\u00e9duire la consommation de fluides de chauffage ou de refroidissement. Si la zone de transfert de chaleur reste inchang\u00e9e, l'utilisation du contre-courant peut r\u00e9duire la consommation de fluides de chauffage ou de refroidissement. Le premier permet d'\u00e9conomiser des co\u00fbts d'\u00e9quipement, tandis que le second permet d'\u00e9conomiser des co\u00fbts d'exploitation.<\/p>\n
Lorsqu'il y a un changement de phase (\u00e9bullition ou condensation) entre un fluide froid et un fluide chaud, et que seule la chaleur latente de vaporisation est lib\u00e9r\u00e9e ou absorb\u00e9e pendant le changement de phase, la temp\u00e9rature du fluide lui-m\u00eame ne change pas. Par cons\u00e9quent, les temp\u00e9ratures d'entr\u00e9e et de sortie du fluide sont \u00e9gales. \u00c0 ce moment, la diff\u00e9rence de temp\u00e9rature entre les deux fluides est ind\u00e9pendante du choix du sens de circulation du fluide. Outre les flux en amont et en aval, il existe \u00e9galement des directions d'\u00e9coulement telles que l'\u00e9coulement transversal et la turbulence.<\/p>\n
La r\u00e9duction de la r\u00e9sistance thermique dans les \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 parois interm\u00e9diaires afin d'am\u00e9liorer le coefficient de transfert de chaleur est une question importante au cours du processus de transfert de chaleur. La r\u00e9sistance thermique provient principalement de la fine couche de fluide (appel\u00e9e couche limite) qui adh\u00e8re \u00e0 la surface de transfert de chaleur de part et d'autre de la paroi interm\u00e9diaire, et de la couche d'encrassement qui se forme de part et d'autre de la paroi au cours de l'utilisation de l'\u00e9changeur de chaleur. La r\u00e9sistance thermique de la paroi m\u00e9tallique est relativement faible.<\/p>\n
L'augmentation de la vitesse d'\u00e9coulement et des perturbations du fluide permet d'amincir la couche limite, de r\u00e9duire la r\u00e9sistance thermique et d'am\u00e9liorer le coefficient de transfert de chaleur. Toutefois, l'augmentation du d\u00e9bit du fluide accro\u00eet la consommation d'\u00e9nergie, de sorte qu'il convient de coordonner \u00e9quitablement la r\u00e9duction de la r\u00e9sistance thermique et la r\u00e9duction de la consommation d'\u00e9nergie lors de la conception. Pour r\u00e9duire la r\u00e9sistance thermique de la salet\u00e9, il est possible de retarder la formation de la salet\u00e9 et de nettoyer la surface de transfert de chaleur \u00e0 temps.<\/p>\n
En g\u00e9n\u00e9ral, les \u00e9changeurs de chaleur sont fabriqu\u00e9s \u00e0 partir de mat\u00e9riaux m\u00e9talliques, parmi lesquels l'acier au carbone et l'acier faiblement alli\u00e9 sont principalement utilis\u00e9s pour fabriquer des \u00e9changeurs de chaleur \u00e0 moyenne et basse pression ; l'acier inoxydable aust\u00e9nitique, outre qu'il est principalement utilis\u00e9 pour diff\u00e9rentes conditions de r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion, peut \u00e9galement \u00eatre utilis\u00e9 comme mat\u00e9riau r\u00e9sistant aux hautes et basses temp\u00e9ratures ; Le cuivre, l'aluminium et leurs alliages sont couramment utilis\u00e9s dans la fabrication d'\u00e9changeurs de chaleur \u00e0 basse temp\u00e9rature ; l'alliage de nickel est utilis\u00e9 dans des conditions de haute temp\u00e9rature ; outre la fabrication de pi\u00e8ces d'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9, certains mat\u00e9riaux non m\u00e9talliques ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9s pour fabriquer des \u00e9changeurs de chaleur r\u00e9sistants \u00e0 la corrosion, tels que les \u00e9changeurs de chaleur en graphite, les \u00e9changeurs de chaleur en plastique fluor\u00e9 et les \u00e9changeurs de chaleur en verre.<\/p>\n
Les principaux domaines d'application des \u00e9changeurs de chaleur
\n1\u3001 Industrie chimique
\nLes \u00e9changeurs de chaleur sont largement utilis\u00e9s dans l'industrie chimique et peuvent \u00eatre utilis\u00e9s dans de nombreux processus tels que la condensation, l'\u00e9vaporation, la cristallisation, le s\u00e9chage et la pyrolyse. Les applications courantes comprennent le chauffage de la vapeur, la r\u00e9cup\u00e9ration du liquide de refroidissement, la concentration, le chauffage et le refroidissement, etc. Le transfert de chaleur peut se faire par l'interm\u00e9diaire d'\u00e9changeurs de chaleur, ce qui permet de r\u00e9duire les \u00e9missions de gaz nocifs et d'am\u00e9liorer l'efficacit\u00e9 de la production.
\n2\u3001 Industrie de l'\u00e9nergie
\nDans l'industrie de l'\u00e9nergie, les applications des \u00e9changeurs de chaleur comprennent principalement le p\u00e9trole, le gaz naturel, l'\u00e9nergie nucl\u00e9aire, l'\u00e9nergie \u00e9olienne, l'\u00e9nergie solaire, etc. Les \u00e9changeurs de chaleur peuvent \u00eatre utilis\u00e9s pour le chauffage, le refroidissement et la distillation du p\u00e9trole et du gaz naturel. Ils peuvent r\u00e9cup\u00e9rer la chaleur perdue et fournir de l'\u00e9nergie thermique \u00e0 d'autres \u00e9quipements, ce qui permet une utilisation efficace de l'\u00e9nergie.
\n3\u3001 Industrie de la protection de l'environnement
\nLes \u00e9changeurs de chaleur ont \u00e9galement des applications importantes dans l'industrie de la protection de l'environnement, qui peuvent \u00eatre utilis\u00e9es dans divers domaines tels que le traitement des eaux us\u00e9es, la purification des gaz et le s\u00e9chage des boues. L'utilisation d'\u00e9changeurs de chaleur permet de r\u00e9duire les rejets de gaz r\u00e9siduaires, d'eaux us\u00e9es et de scories, de r\u00e9duire la pollution et d'am\u00e9liorer l'efficacit\u00e9 de la protection de l'environnement.
\n4\u3001 Industries alimentaires et pharmaceutiques
\nDans les industries telles que l'alimentation et la m\u00e9decine, les \u00e9changeurs de chaleur sont principalement utilis\u00e9s pour le chauffage, le refroidissement, l'\u00e9vaporation, la concentration et d'autres processus. Au cours de la transformation des aliments, les \u00e9changeurs de chaleur peuvent \u00eatre utilis\u00e9s pour d\u00e9sinfecter et st\u00e9riliser, am\u00e9liorant ainsi la qualit\u00e9 et la s\u00e9curit\u00e9 des aliments. Dans l'industrie pharmaceutique, les \u00e9changeurs de chaleur permettent de contr\u00f4ler la temp\u00e9rature de r\u00e9action, de fabriquer des m\u00e9dicaments avec pr\u00e9cision et d'am\u00e9liorer la qualit\u00e9 des produits.
\n5\u3001 Industrie de la construction
\nDans l'industrie de la construction, les \u00e9changeurs de chaleur sont principalement utilis\u00e9s dans des domaines tels que le chauffage, la ventilation et la climatisation. L'utilisation d'un \u00e9changeur de chaleur permet de chauffer, de refroidir, de d\u00e9shumidifier l'air et de remplir d'autres fonctions dans les situations o\u00f9 il existe une grande diff\u00e9rence de temp\u00e9rature entre l'int\u00e9rieur et l'ext\u00e9rieur, am\u00e9liorant ainsi l'environnement int\u00e9rieur et le confort.<\/p>\n
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