تجهيزات صنعتي

برج خنك كننده بعنوان تجهيزي ضروري در فرآيندهاي صنعتي مي باشد كه در آنها توليد گرما يك مسئله رايج است. اين سيستم‌هاي خنك‌كننده با تبادل گرما از يك جريان فرآيند داغ به جريان آب خنك‌تر كار مي‌كنند، كه سپس از طريق برج به گردش در مي‌آيد و گرماي اضافي را حذف مي‌كند. كارايي برج هاي خنك كننده به عوامل مختلفي از جمله طراحي، شرايط عملياتي و سطوح تبادل حرارت بستگي دارد.

پكينگ برج خنك كننده: 

سطوح تبادل حرارت -پكينگ برج خنك كننده- در برج هاي خنك كننده به درجه انتقال حرارتي كه بين جريان فرآيند و آب خنك كننده انجام مي شود، اشاره دارد. سه سطح اصلي تبادل حرارت وجود دارد: تك گذر، چند گذر و جريان متقاطع. هر سطح داراي مزايا و معايب خود است كه آنها را براي كاربردهاي مختلف صنعتي مناسب مي كند.

برج هاي خنك كننده تك گذر:

برج هاي خنك كننده تك گذري تنها يك گذر براي تبادل حرارت دارند، جايي كه جريان فرآيند قبل از خروج يك بار از برج خنك كننده و بستر پكينگ برج خنك كننده عبور مي كند. آب روي سطح پكينگ ها اسپري مي‌شود و هواي گرم بالا مي‌آيد و هواي مرطوب ايجاد مي‌كند كه گرما را از بين مي‌برد. در حالي كه برج هاي خنك كننده تك گذر از نظر طراحي ساده هستند، اما به اندازه انواع ديگر كارآمد نيستند و براي رسيدن به سرعت خنك كنندگي مطلوب به آب بيشتري نياز دارند. اين نوع از برجها همان برجهاي خنك كننده مرطوب مي باشند كه از سطوح پكينگ به نحو احسن براي خنك سازي استفاده مي كنند با اين ايراد كه ميزان آب زيادي را براي خنك سازي هدر مي دهند.

مزاياي برج خنك كننده تك گذر:

سادگي - برج خنك كننده تك گذر به دليل طراحي ساده كاركرد و نگهداري آساني دارد.

هزينه سرمايه كمتر - اين برج هاي خنك كننده در مقايسه با انواع ديگر هزينه سرمايه گذاري اوليه كمتري دارند.

معايب برج خنك كننده تك گذر:

مصرف آب - برج خنك كننده تك گذر نسبت به انواع ديگر آب بيشتري مصرف مي كند تا به سرعت خنك كنندگي مطلوب برسد.

راندمان پايين - راندمان پايين برج هاي خنك كننده تك گذر به اين معني است كه انرژي بيشتري براي دستيابي به نرخ خنك كننده مطلوب مورد نياز است.

برج خنك كننده چند پاس:

برج هاي خنك كننده چند گذري داراي چندين گذر براي تبادل حرارت هستند كه در آن جريان فرآيند قبل از خروج چندين بار از برج عبور مي كند. اين نوع برج خنك كننده را مي توان با يك جريان مخالف يا يك پيكربندي جريان موازي طراحي كرد. در پيكربندي جريان مخالف، جريان فرآيند در جهت مخالف آب خنك كننده جريان دارد، در حالي كه در پيكربندي جريان موازي، هر دو جريان در يك جهت جريان دارند.

مزاياي برج خنك كننده چند گذر:

راندمان بالاتر - گذرهاي متعدد براي تبادل حرارت، برج هاي خنك كننده چند گذر را كارآمدتر از برج هاي تك گذر مي كند و مصرف انرژي را كاهش مي دهد.

مصرف آب كمتر - برج هاي خنك كننده چند گذري به دليل كارايي بالاتر، آب كمتري نسبت به انواع تك پاس مصرف مي كنند.

معايب برج خنك كننده چند گذر:

هزينه سرمايه بالاتر - برج هاي خنك كننده چند پاس هزينه سرمايه گذاري اوليه بالاتري نسبت به انواع تك پاس دارند.

طراحي پيچيده تر - گذرهاي متعدد براي تبادل گرما نياز به طراحي پيچيده تري دارد كه نگهداري و بهره برداري را چالش برانگيزتر مي كند.

برج خنك كننده جريان متقاطع:

برج هاي خنك كننده جريان متقاطع مشابه برج هاي خنك كننده چند گذر هستند اما با پيكربندي متفاوت. در برج هاي جريان متقاطع، جريان فرآيند به صورت افقي در سراسر سطوح پكينگ برج خنك كننده جريان مي يابد، در حالي كه آب خنك كننده به صورت عمودي به سمت پايين بر روي بستر پكينگ جريان مي يابد. اين پيكربندي منجر به توزيع يكنواخت‌تر آب خنك‌كننده در سراسر سطوح پكينگ مي‌شود كه منجر به انتقال حرارت بهتر مي‌شود.

مزاياي برج خنك كننده Crossflow:

راندمان بالا - توزيع يكنواخت آب خنك كننده در سرتاسر پكينگ برج خنك كننده، برج هاي خنك كننده جريان متقاطع را بسيار كارآمد مي كند.

كاهش مصرف آب - برج هاي خنك كننده با جريان متقاطع به دليل راندمان بالا نسبت به انواع تك گذر آب كمتري مصرف مي كنند.

معايب برج خنك كننده متقاطع:

هزينه سرمايه بالاتر - برج هاي خنك كننده جريان متقاطع در مقايسه با انواع تك پاس هزينه سرمايه گذاري اوليه بالاتري دارند.

در دسترس بودن محدود - پيدا كردن برج هاي خنك كننده جريان متقاطع به دليل طراحي تخصصي آنها مي تواند چالش برانگيز باشد.

نرخ خنك كنندگي سيال در داخل برج خنك كننده:

سرعت خنك شدن سيال در داخل برج هاي خنك كننده به عوامل مختلفي از جمله طراحي، شرايط عملياتي و نوعدو كيفيت پكينگ برج خنك كننده بستگي دارد. نرخ سرمايش تحت تأثير اختلاف دمايي بين جريان فرآيند گرم و آب خنك‌كننده، سرعت جريان آب خنك‌كننده و سطح موجود براي انتقال حرارت است.

راندمان برج هاي خنك كننده با اختلاف دما بين جريان ورودي و خروجي اندازه گيري مي شود. هرچه اختلاف دما بيشتر باشد، برج خنك كننده در حذف گرما كارآمدتر است. با اين حال، افزايش اختلاف دما، انرژي مورد نياز براي راه اندازي برج خنك كننده را نيز افزايش مي دهد و بازده كلي آن را كاهش مي دهد.

براي دستيابي به سرعت خنك كننده مطلوب، سرعت جريان آب خنك كننده بايد بهينه شود. افزايش نرخ جريان مي تواند سرعت خنك كننده را بهبود بخشد اما همچنين منجر به مصرف آب بيشتر مي شود. سطح در دسترس براي انتقال حرارت نيز بر سرعت خنك كننده تأثير مي گذارد، سطوح پكينگ با مساحت هاي بزرگتر كه منجر به انتقال حرارت بهتر و سرعت خنك كننده بالاتر مي شود.

خلاصه مقاله:

برج هاي خنك كننده بخش ضروري بسياري از فرآيندهاي صنعتي هستند كه امكان تبادل گرما بين جريان هاي فرآيند گرم و آب خنك كننده را فراهم مي كنند. كارايي برج هاي خنك كننده به عوامل مختلفي از جمله طراحي، شرايط عملياتي و سطوح تبادل حرارت بستگي دارد. برج هاي خنك كننده تك گذر از نظر طراحي ساده هستند اما كارايي كمتري دارند، در حالي كه برج هاي خنك كننده چند گذر و جريان متقاطع كارآمدتر هستند اما هزينه سرمايه گذاري اوليه بالاتري دارند. سرعت خنك شدن سيال در داخل برج هاي خنك كننده به اختلاف دما، سرعت جريان و سطح در دسترس براي انتقال حرارت بستگي دارد. (بهينه سازي)