تأثیر پارامترهای عملیاتی بر تشکیل رسوب تبلوری کلسیم سولفات بر روی سطوح انتقال گرما

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

تشکیل رسوب بر روی سطوح انتقال گرما در تبادلگرهای گرمایی، یکی از مشکل‌های جدی در صنایع گوناگون است که موجب توزیع نامناسب جریان، افزایش افت فشار و سوخت مصرفی، و به طور کلی کاهش بازده گرمایی تبادلگر می ­شود. بررسی چگونگی تشکیل رسوب و تأثیر پارامترهای عملیاتی گوناگون بر آن، برای انجام هرگونه اقدامی با هدف کنترل و کاهش رسوب، ضروری است. آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا، دردسترس و ارزان بودن، کاربردی­ ترین سیال واسطه در تبادلگرهای گرمایی است. با این وجود، حضور یون­ های گوناگون مانند کلسیم، کربنات و ­سولفات در آب، موجب تشکیل لایه ای از رسوب تبلوری کلسیم ­سولفات و یا کلسیم­ کربنات در تبادلگرهای گرمایی می شود. در این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی تأثیر پارامترهای عملیاتی شامل سرعت سیال، غلظت کلسیم ­سولفات و شار گرمایی سطح انتقال گرما، بر تشکیل رسوب تبلوری کلسیم سولفات پرداخته شده است. برای درک بهتر نتیجه‌ها، ابتدا اثر این پارامترها بر آب خالص بررسی شد. نتیجه‌های آزمایش های رسوب نشان می‌دهد که افزایش شار گرمایی و غلظت کلسیم­ سولفات، فرایند تشکیل رسوب را تشدید کرده، موجب افزایش دمای سطح و مقاومت گرمایی و کاهش ضریب انتقال گرما می شود. با دو برابر شدن غلظت کلسیم سولفات در محلول، ضریب انتقال گرمای نهایی بیش از %50 کاهش یافت و برای دو برابر شدن شار گرمایی سطح، ضریب انتقال گرما تنها %10 کم شد. در مقابل، افزایش سرعت باعث کاهش چشمگیر رسوب، دمای سطح و مقاومت گرمایی می شود به طوری که افزایش دو برابری سرعت سیال، ضریب انتقال گرما را تقریبا %50 افزایش داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] سرمستی امامی م.ر.، غلامی ع.ر.، بررسی تحلیلی اثر رسوبات و کیفیت آب ورودی بر خوردگی لوله‌های تبادلگر دیگی.  نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)39: 225-235 (1398).
[2] Malayeri M.R., Al‐Janabi A., Müller‐Steinhagen H., Application of Nano‐Modified Surfaces for Fouling Mitigation, International Journal of Energy Research, 33(13): 1101-1113 (2009).
[3] Nategh M., Malayeri M.R., Mahdiyar, H., A Review on Crude Oil Fouling and Mitigation Methods in Pre-Heat Trains of Iranian Oil Refineries, Journal of Oil, Gas and Petrochemical Technology, 4(1): 1-17 (2017).
[4] Al-Janabi A., Malayeri M.R., Innovative Non-Metal Heat Transfer Surfaces to Mitigate Crystallization Fouling. International Journal of Thermal Sciences, 138: 384-392 (2019).
[5] Al-Janabi A.K.A., Convective Heat Transfer Fouling of Aqueous Solutions on Modified Surfaces, Ph.D. Thesis, The University of Stuttgart, Germany (2011).
[6] Nikoo A.H., Malayeri M.R., Incorporation of Surface Energy Properties into General Crystallization Fouling Model for Heat Transfer Surfaces, Chemical Engineering Science, 215: 115461 (2020).
[7] Najibi S.H., Müller-Steinhagen H., Jamialahmadi M., Calcium Sulphate Scale Formation during Subcooled Flow Boiling, Chemical Engineering Science, 52(8): 1265-1284 (1997).
[8] Bansal B., Müller-Steinhagen H., Crystallization Fouling in Plate Heat Exchangers, Journal of Heat Transfer, 115(3): 584-591 (1993).
[9] Helalizadeh A., Müller-Steinhagen H., Jamialahmadi M., Mixed Salt Crystallisation Fouling, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 39(1): 29-43 (2000).
[10] Bohnet M., Fouling of Heat Transfer Surfaces. Chemical Engineering & Technology, 10(1): 113-125 (1987).
[11] Hasson D., Zahavi J., Mechanism of Calcium Sulphate Scale Deposition on Heat Transfer Surfaces. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 9(1): 1-10 (1970).
[12] Kukulka D.J., Devgun M., Fluid Temperature and Velocity Effect on Fouling, Applied Thermal Engineering, 27(16): 2732-2744 (2007).
[13] Kho T., Zettler H.U., Müller-Steinhagen H., Hughes D., Effect of Flow Distribution on Scale Formation in Plate and Frame Heat Exchangers, Chemical Engineering Research and Design, 75(7): 635-640 (1997).
[14] Bott T.R., Fouling of Heat Exchangers, Elsevier (1995).
[15] Malayeri M.R., Müller-Steinhagen H., Bartlett T.H., Fouling of Tube Bundles under Pool Boiling Conditions, Chemical Engineering Science, 60(6): 1503-1513 (2005).
[16] Jamialahmadi M., Blöchl R., Müller-Steinhagen H., Bubble Dynamics and Scale Formation during Boiling of Aqueous Calcium Sulphate Solutions, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 26(1): 15-26 (1989).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار