Eşanjör seçiminde ilk soru nedir?
Isı eşanjörü seçimi katalog kapasitesiyle değil, prosesin ısıl görevi (duty) ile başlar. Sıcak ve soğuk akışkanların debileri, giriş-çıkış sıcaklıkları, viskoziteleri, izin verilen basınç kayıpları, ürünün parçacık içeriği ve temizlik yöntemi gerekir. Küçük yaklaşım sıcaklıkları için gerekli ısı transfer alanı hızla büyüyebilir; yalnız toplam tank hacmi seçime yeterli değildir.
Plakalı, borulu ve alternatif tiplerin karşılaştırması
| Tip | Öne çıkan durumlar | Kontrol edilecek sınırlamalar |
|---|---|---|
| Contalı plakalı | Kompakt yapı, sökülerek temizleme, uygun temiz akışkanlarda yüksek performans | Conta malzemesi, sıcaklık/basınç sınırları, kanal tıkanması |
| Lehimli plakalı | Kompakt ve az bağlantılı bazı servisler | Sökülemeyen paket, kimyasal ve temizlik uyumu |
| Gövde-borulu | Farklı basınç ve sıcaklık koşullarına uyarlanabilir; uygun boru geometrileri | Yer ihtiyacı, temizlik erişimi, titreşim |
| Çift borulu / çok geçişli | Daha küçük debiler ve özel proses geometrileri | Gerekli alan için toplam boru uzunluğu |
Isı yükü ve yüzey alanı ön hesabı
Tek fazlı duyulur ısı transferinde Q = ṁ × cₚ × (Tçıkış − Tgiriş) kullanılır. Örneğin 2.000 kg/saat suya benzer bir akışkanın 20 °C'den 50 °C'ye ısıtılmasında, cₚ = 4,18 kJ/(kg·K) kabulüyle ısı görevi yaklaşık 69,7 kW olur. Bu yalnız ısı yüküdür; gerçek yüzey alanı için sıcak ve soğuk taraf sıcaklık profilleri gereklidir.
İlk alan yaklaşımı Q = U × A × ΔTlm × F ile kurulur. U toplam ısı transfer katsayısı, ΔTlm logaritmik ortalama sıcaklık farkı, F ise akış düzenine bağlı düzeltme katsayısıdır. Kirlenme direnci, malzeme kalınlığı ve gerçek akış rejimi U değerini belirgin biçimde etkiler. Üretici boyutlandırması yapılmadan sabit bir “m² başına kW” değeri kullanmak yanıltıcıdır.
Kirlenme ve ürün güvenliği
Çikolata, fındık püresi, protein içeren ürünler veya çökelme eğilimli kimyasallarda yüksek duvar sıcaklığı ürün bozulmasına ve kirlenmeye neden olabilir. Ürün tarafındaki hız ve basınç kaybı birlikte optimize edilmelidir. Contalı plakalı bir eşanjör, sık sık açılıp mekanik temizlik yapılacaksa avantajlı olabilir; parçacıklı/viskoz ürünlerde kanal açıklıkları kritik hâle gelir. Borulu tipte ise boru çapı ve demet düzeni temizlenebilirliği belirler.
Bağlantı düzeni ve P&ID
Temel iki akışkanlı ısı eşanjöründe sıcak tarafta bir giriş ve bir çıkış, soğuk tarafta bir giriş ve bir çıkış bulunur. Bir gövde içinde birden çok ısıtma veya rejenerasyon bölümü bulunması, proses P&ID'sinde bunların ayrı birer ekipman gibi gösterilmesini otomatik olarak gerektirmez. Uygulamada kaç gerçek eşanjör gövdesi olduğu, kaç ayrı akışkanı taşıdığı ve vana/çevrim düzeni netleştirilmelidir.
Teknik veri listesi
- Her iki akışkan için debi, sıcaklık, viskozite, yoğunluk ve cₚ
- Isı yükü; hedef sıcaklık yaklaşımı ve işletme senaryoları
- İzin verilen diferansiyel basınç; tasarım basıncı/sıcaklığı
- Kirlenme, partikül, temizlik (CIP / sökülebilir) gereksinimi
- Malzeme uyumluluğu, contalar, bağlantı türleri ve bakım alanı
Teknik kaynak
Alfa Laval — The Theory Behind Heat Transfer; Plakalı eşanjörlerde tasarım ve kirlenme yaklaşımı.