Les deux échangeurs de chaleur les plus courants, à plaques et cadre, et à tubes et calandre, offrent de nombreux avantages pour chauffer ou refroidir un produit pendant sa transformation. Les échangeurs de chaleur fonctionnent en transférant la chaleur d'un fluide à un autre via des tubes ou des plaques.
In some applications, however, plate heat exchangers (PHE) have several advantages over shell-and-tube designs. In this post, we discuss application requirements that make PHE the right choice.
The greater surface area for heat transfer in PHEs makes them more efficient than shell-and-tube designs.
Dans les sections suivantes, nous vous montrerons comment un échangeur de chaleur à plaques est le choix PARFAIT pour votre prochaine solution de transfert de chaleur.
En raison de la surface réduite requise par un échangeur de chaleur à plaques, sa perte de charge globale est généralement nettement inférieure à celle d'un échangeur tubulaire conçu pour les mêmes spécifications. Cette perte de charge plus faible améliore l'efficacité énergétique globale d'un échangeur de chaleur à plaques par rapport à un échangeur tubulaire.
Les échangeurs de chaleur à plaques sont jusqu'à cinq fois plus efficaces que les échangeurs tubulaires. Dans de nombreux cas, il est possible d'utiliser davantage de chaleur en remplaçant les modèles tubulaires par des échangeurs compacts à plaques et cadre.
La série de plaques d'un échangeur de chaleur à plaques et cadre crée des espaces étanches entre les plaques. Ces espaces alternent entre deux fluides : l'un chaud et l'autre froid.
Cette conception offre un très haut rendement de transfert thermique, car les plaques créent une surface beaucoup plus grande que les échangeurs tubulaires qui tiendraient dans le même espace.
En règle générale, un échangeur de chaleur à plaques est le choix idéal, car il représente l'option la plus efficace et la moins coûteuse. Les échangeurs de chaleur à plaques sont jusqu'à cinq fois plus efficaces que les modèles à calandre et tubes.
Des coefficients de transfert de chaleur plus élevés peuvent être atteints grâce aux plaques ondulées et aux vitesses plus élevées
Des approches de température plus proches en raison d'un flux à contre-courant pur, permettant un transfert de chaleur plus important
Une plus grande quantité de régénération est possible grâce à ces approches de température plus proches
Le retrait et la reconfiguration des plaques permettent aux échangeurs de chaleur à plaques de s'adapter à des exigences spécifiques en matière de transfert de chaleur, améliorant ainsi leur maintenance et leur efficacité. La série de joints d'un échangeur de chaleur à plaques et cadre crée des espaces et des voies d'écoulement entre les plaques. Ces espaces alternent entre deux fluides : l'un chaud et l'autre froid.
Le coefficient de transfert thermique décrit l'efficacité des deux conceptions (échangeurs de chaleur à plaques et tubes, Fig. 2 ci-dessous). Ce coefficient est un multiplicateur dans l'équation de transfert thermique ; plus il est élevé, plus le transfert thermique est important. Les échangeurs de chaleur à plaques atteignent des coefficients de transfert thermique améliorés tout en affichant un encombrement et un poids bien plus réduits que leurs homologues à tubes et calandre.
| Coefficient de transfert de chaleur global - U - | ||||
|---|---|---|---|---|
| Transfert de chaleur liquide-liquide | Coefficient de transfert de chaleur W/(m2 K) | Btu/(pi2 °F h) | ||
| Coquille et Tube | 150-1200 | 25-200 | ||
| Plaque et cadre | 1000-4000 | 150-700 | ||
Le transfert de chaleur à l'intérieur d'un échangeur thermique entraîne des variations de température dans les deux fluides, abaissant la température du fluide le plus chaud et augmentant celle du fluide le plus froid.
Les propriétés du fluide déterminent en partie le type d'échangeur thermique adapté à l'application.
Les échangeurs de chaleur à plaques et cadre de haute qualité peuvent fonctionner efficacement pendant dix ans sans entretien. Les plaques sont facilement accessibles pour l'inspection ou le nettoyage en place. Les intervalles de nettoyage dépendent du degré d'encrassement ou d'entartrage.
Les échangeurs de chaleur à plaques sont beaucoup plus faciles à entretenir et à utiliser que les échangeurs à tubes et calandre, car ils sont plus faciles à démonter et à inspecter. Les plaques sont faciles à retirer pour l'entretien ou la réparation, tandis que les modèles à tubes et calandre nécessitent plus de main-d'œuvre et sont plus difficiles d'accès.
L'accumulation de produit ou le dépôt de tartre sur les surfaces réduisent l'efficacité thermique de l'échangeur. Grâce à leur conception modulaire et compacte, les échangeurs à plaques et cadre sont plus rapides et plus faciles à nettoyer que les unités à tubes et calandre plus grandes.
La surface d'un échangeur de chaleur à plaques est compacte grâce à l'empilement des plaques. Cet empilement réduit l'encombrement de l'échangeur par rapport à un échangeur tubulaire, même pour des unités de surface égale. La compacité d'un échangeur de chaleur à plaques est également importante pour les applications aux espaces restreints. Leur encombrement réduit et leur évolutivité accrue font des échangeurs de chaleur à plaques le choix idéal pour les applications où l'espace est limité ou où une flexibilité d'échelle est requise.
Si vous prévoyez d'augmenter votre capacité de transfert de chaleur, les échangeurs de chaleur à plaques constituent un excellent choix, car ils permettent de modifier facilement la capacité en ajoutant ou en retirant des plaques. La planification d'une extension future comprend le dimensionnement de l'échangeur de chaleur à plaques pour sa fonction initiale, l'espace prévu pour la capacité des plaques et une installation facile sur site. Les capacités des échangeurs à tubes et calandre ne sont pas modifiables.
Un échangeur de chaleur à plaques est l'option la plus économique, car il permet d'obtenir des coefficients de transfert thermique élevés, avec un flux à contre-courant pur, pour un transfert thermique optimal et une surface minimale. Les coûts de maintenance sont également relativement faibles, notamment par rapport aux échangeurs de chaleur à surface raclée. Le principal poste de dépense est le remplacement des joints et, parfois, des plaques.
Le principe de la proximité thermique, qui consiste à chauffer un fluide froid à une température très proche de celle du fluide chaud entrant, permet une régénération et une récupération de chaleur accrues, ce qui fait de l'échangeur de chaleur à plaques une option intéressante. Les faibles variations de température entre le produit et le fluide permettent également d'éviter la combustion dans les produits à teneur modérée à élevée en sucre ou en protéines.
Les coûts d'investissement peuvent inclure l'expédition, la manutention, l'installation et la maintenance tout au long de la durée de vie de l'unité.
Les échangeurs de chaleur à plaques et à cadre peuvent être adaptés à différentes viscosités de produits.
Lorsqu'un PHE rencontre des difficultés pour traiter des produits visqueux, c'est généralement parce qu'il a été initialement conçu pour des fluides de très faible viscosité, puis utilisé ultérieurement pour des produits très visqueux.
Le PHE peut être adapté à des produits plus visqueux ou particulaires en remplaçant les plaques chevron à entrefer standard (3-5 mm) par des plaques à large flux pour particules fines (même entrefer, mais moins de points de contact que les plaques chevron) ou des plaques à large entrefer (jusqu'à 8 mm) capables de traiter des particules plus grosses et une viscosité plus élevée.
| Écart moyen | Taille des particules | Longueur des fibres | % de pâte | Viscosité CPS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Plaque industrielle typique | 2.4-3.95mm | Dia 0.5mm | 1mm | 2 | 2500 |
| Plaque sanitaire type | 3.95mm | Dia 0.5mm | 1mm | 3 | 5000 |
| Plaque à faible point de contact | Up to 8mm | Dia 0.5mm | 5mm | 7 | 1000 |
Avantages
Inconvénients
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