जटिल औद्योगिक तापीय प्रक्रियाओं के क्षेत्र में, और विशेष रूप से डेयरी (HTST) उत्पाद, फार्मास्युटिकल उत्पाद और फाइन केमिकल्स जैसे स्वच्छता उद्योगों में, पारंपरिक सिंगल-पास हीट एक्सचेंजर अक्सर जटिल बहु-चर प्रक्रियाओं की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं होते हैं। जब किसी प्रक्रिया में सीमित स्थान में हीटिंग, कूलिंग और रीजनरेशन के लिए अलग-अलग चरणों की आवश्यकता होती है, तो मल्टी-सेक्शन (मल्टी-स्टेज) प्लेट हीट एक्सचेंजर (PHE) मानक इंजीनियरिंग समाधान होता है।
यह इंजीनियरिंग अवलोकन बहु-खंड इकाइयों के कार्यान्वयन से संबंधित संरचनात्मक, यांत्रिक और हाइड्रोलिक पहलुओं और डिजाइन संबंधी विचारों की रूपरेखा प्रस्तुत करता है, जो बुनियादी बातों से आगे बढ़कर इंजीनियरिंग संबंधी मुद्दों को संबोधित करता है।
संरचनात्मक यांत्रिकी और प्रवाह विन्यास
सिंगल-पास यूनिटों के विपरीत, एक मल्टी-सेक्शन पीएचई कई थर्मल कार्यों को एक ही फ्रेम में एकीकृत करता है। इसका मुख्य घटक है... मध्यवर्ती विभाजन प्लेट (इसे कनेक्टर ग्रिड या डिवाइडर प्लेट भी कहा जाता है)।
कनेक्टर ग्रिड की भूमिका
विभाजन प्लेट, प्लेट पैक के भीतर एक यांत्रिक और हाइड्रोलिक सीमा के रूप में कार्य करती है। यह दो प्राथमिक इंजीनियरिंग कार्यों को पूरा करती है:
- प्रवाह का मार्ग परिवर्तन:यह आंतरिक पोर्टिंग (कोनों) का उपयोग करके तरल पदार्थ को विशिष्ट प्लेट ब्लॉकों (चरणों) में निर्देशित करता है या इसे सहायक लूपों (जैसे, होल्डिंग ट्यूब, होमोजेनाइज़र या सेपरेटर) के लिए बाहरी पाइपिंग में मोड़ देता है।
- विभेदक दाब पृथक्करण:यह प्रक्रिया के चरणों को भौतिक रूप से अलग करता है (उदाहरण के लिए, शीतलन अनुभाग को तापन अनुभाग से अलग करना), जिससे एक ही फ्रेम के भीतर स्वतंत्र दबाव प्रोफाइल की अनुमति मिलती है।
प्रवाह तर्क
विभाजन प्लेटों और पास कॉन्फ़िगरेशन की रणनीतिक व्यवस्था के माध्यम से, PHE निम्नलिखित की अनुमति देता है:
- पुनर्जनन:एक उत्पाद से दूसरे उत्पाद में ऊष्मा का स्थानांतरण, जिसमें बाहर निकलने वाला गर्म द्रव अंदर आने वाले ठंडे द्रव को पहले से गर्म कर देता है।
- बहु-क्षेत्रीय प्रसंस्करण:विभिन्न चरणों के बीच बाहरी पाइपिंग के बिना अनुक्रमिक प्रसंस्करण (उदाहरण के लिए, ज़ोन 1: पूर्व-शीतलन; ज़ोन 2: ग्लाइकोल के साथ गहन शीतलन)।
प्रक्रिया एकीकरण में इंजीनियरिंग के लाभ
1. तापीय पुनर्जनन और एनटीयू दक्षता
उच्च मात्रा में प्रसंस्करण में, प्राथमिक डिज़ाइन उद्देश्य अधिकतम करना है पुनर्योजी दक्षता (आधुनिक एचटीएसटी लूपों में अक्सर 90-95% से अधिक)। बहु-खंडीय डिज़ाइन एक समर्पित खंड के भीतर कच्चे और पाश्चुरीकृत उत्पाद के विपरीत प्रवाह की अनुमति देता है। इससे बाद के हीटिंग और कूलिंग खंडों के लिए आवश्यक बॉयलर भाप और शीतलन माध्यम का भार काफी कम हो जाता है।
2. हाइड्रोलिक फुटप्रिंट में कमी
तीन या चार यूनिट ऑपरेशनों को एक ही फ्रेम में समेकित करने से स्किड का आकार कम हो जाता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह न्यूनतम प्रभाव डालता है। लूटपाट की मात्रा और यह इंटरकनेक्टिंग पाइपिंग की समतुल्य लंबाई को कम करता है, जिससे कुल सिस्टम हेड लॉस और पंप ऊर्जा आवश्यकताओं में कमी आती है। अलग-अलग एक्सचेंजर स्थापित करना.
महत्वपूर्ण डिजाइन संबंधी विचार
डिजाइन करना बहु अनुभाग इस यूनिट में कुछ विशिष्ट हाइड्रोलिक और मैकेनिकल बाधाओं को दूर करने की आवश्यकता होती है जो सिंगल-पास यूनिट्स में कम प्रचलित होती हैं।
1. प्रवाह का असमान वितरण और बंदरगाह वेग
बहु-खंडीय इकाइयों में, तरल पदार्थ अक्सर मुख्य फ्रेम पोर्ट के बजाय कनेक्टर ग्रिड के माध्यम से प्लेट पैक में प्रवेश करते हैं और बाहर निकलते हैं। यदि कनेक्टर ग्रिड का पोर्ट व्यास प्रवाह दर के सापेक्ष छोटा है, तो इससे अत्यधिक पोर्ट दबाव में गिरावट आती है। इससे प्लेट की चौड़ाई में असमान वितरण होता है, जिससे प्रभावी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक (U-मान) कम हो जाता है और कम अपरूपण तनाव के कारण संभावित संदूषण क्षेत्र बन जाते हैं।
2. विभेदक दाब और प्लेट का लचीलापन
विभाजन प्लेट दोनों ओर से दबाव के अधीन होती है। गंभीर विफलता तब उत्पन्न होती है जब आसन्न खंडों के बीच दबाव में काफी अंतर होता है (उदाहरण के लिए, एक उच्च दबाव वाले तापन खंड के बगल में एक निम्न दबाव वाला शीतलन खंड)।
- इंजीनियरिंग नियंत्रण:विभाजन प्लेट की मोटाई इस प्रकार निर्धारित की जानी चाहिए कि वह अधिकतम विभेदक दबाव को सहन कर सके और झुकने से बच सके।
- सामग्री चयन:अनाज यांत्रिक मजबूती सुनिश्चित करने के लिए आमतौर पर 304 या 316L ठोस स्टेनलेस स्टील ब्लॉक (फ्रेम के आकार के आधार पर अक्सर 40 मिमी-60 मिमी मोटे) निर्दिष्ट किए जाते हैं।
3. कुल सिस्टम दबाव में गिरावट (ΔP)
हालांकि बहु-खंडीय इकाइयाँ स्थान बचाती हैं, लेकिन कई पासों की श्रृंखला व्यवस्था कुल हाइड्रोलिक प्रतिरोध को काफी बढ़ा देती है। इंजीनियरों को इसकी गणना करनी होगी। कुल गतिशील शीर्ष (टीडीएच) सटीक रूप से। पुनर्जनन, तापन और शीतलन अनुभागों के साथ-साथ बाहरी लूप (होल्डिंग ट्यूब) में दबाव में गिरावट का योग पंप के प्रदर्शन वक्र या प्लेट डिज़ाइन दबाव सीमा से अधिक नहीं होना चाहिए।
केस स्टडी: सैनिटरी एचटीएसटी एकीकरण
आवेदन पत्र: दूध का निरंतर पाश्चुरीकरण
डिजाइन विन्यास: 3-चरण फ्रेम (पुनर्जनन / हीटिंग / कूलिंग)
चरण 1 (पुनर्जनन): आने वाले कच्चे दूध (4°C) को हीट एक्सचेंजर में बाहर जाने वाले पाश्चुरीकृत दूध (72°C) द्वारा पहले से गर्म किया जाता है।
तकनीकी नोट: ऊर्जा पुनर्प्राप्ति को अधिकतम करने के लिए इस अनुभाग को उच्च एनटीयू (स्थानांतरण इकाइयों की संख्या) के साथ डिजाइन किया गया है।
चरण 2 (हीटिंग):पहले से गर्म किए गए दूध को गर्म पानी या भाप का उपयोग करके 72.5 डिग्री सेल्सियस के पाश्चुरीकरण निर्धारित तापमान तक लाया जाता है।
चरण 3 (शीतलन):उत्पाद को ठंडे पानी या ग्लाइकोल का उपयोग करके 4°C के भंडारण तापमान तक ठंडा किया जाता है।
परिणाम: इस एकीकरण से 85% तक नवीकरणीय ऊर्जा की बचत हुई। एक ही फ्रेम का उपयोग करके, इस संयंत्र में दो मध्यवर्ती संतुलन टैंकों और उनसे जुड़े स्थानांतरण पंपों की आवश्यकता समाप्त हो गई।
रखरखाव और असेंबली प्रोटोकॉल
के लिए रखरखाव इंजीनियरएक बहु-खंडीय पीएचई की जटिलता के कारण असेंबली प्रोटोकॉल का कड़ाई से पालन करना अनिवार्य है।
- प्लेट अनुक्रमण (हैंगिंग मैप):साधारण इकाइयों के विपरीत, बहु-खंडीय एक्सचेंजर अक्सर विभिन्न खंडों में अलग-अलग प्लेट नालीदार संरचनाओं (थीटा-उच्च बनाम थीटा-निम्न) या सामग्रियों का उपयोग करते हैं। प्लेट पैक को क्रम से बाहर पुनः संयोजित करने से चैनल की ज्यामिति बदल जाती है, जिससे तापीय प्रदर्शन और दबाव में कमी दोनों में परिवर्तन होता है।
- ए-आयाम विनिर्देश:प्लेट पैक को कसना विशिष्ट तरीके से किया जाना चाहिए। ए-आयाम (प्रेशर प्लेटों के बीच की दूरी) GA ड्राइंग में दी गई है। ज़्यादा कसने से कनेक्टर ग्रिड गैस्केट कुचल सकते हैं; कम कसने से इंटरसेक्शन क्रॉस-कंटैमिनेशन हो सकता है।
- गैस्केट अनुकूलता:विभिन्न अनुभागों में अलग-अलग गैस्केट सामग्री का उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, स्टीम हीटिंग के लिए EPDM, कूलिंग के लिए NBR)। सामग्री बदलते समय उनकी अनुकूलता की जाँच करना अनिवार्य है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न: क्या चालू होने के बाद बहु-खंड इकाई का विस्तार किया जा सकता है?
ए: जी हां, बशर्ते फ्रेम रेल की लंबाई (कैरींग बार) में पर्याप्त क्षमता हो। विस्तार में विशिष्ट अनुभागों में प्लेट कैसेट जोड़ना शामिल है। हालांकि, इससे हाइड्रोलिक प्रतिरोध और थर्मल क्षमता में बदलाव आता है। मौजूदा पंपों की पर्याप्तता सुनिश्चित करने के लिए पोर्ट वेग और दबाव में गिरावट की पुनः गणना आवश्यक है।
प्रश्न: बहु-खंडीय डिजाइनों में दबाव में गिरावट की गणना इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?
ए: बहु-खंड इकाइयों में स्वाभाविक रूप से प्रवाह पथ लंबे होते हैं और कनेक्टर ग्रिड पर प्रवाह के कई मोड़ (मोड़ने से होने वाली हानि) होते हैं। ΔP का कम अनुमान लगाने से प्रवाह दर कम हो जाएगी, अशांत प्रवाह (कम रेनॉल्ड्स संख्या) प्राप्त करने में विफलता होगी और संदूषण दर बढ़ जाएगी।
प्रश्न: विभिन्न अनुभागों के बीच संदूषण का पता कैसे लगाया जाता है?
ए: इंटरसेक्शन लीकेज अक्सर सूक्ष्म होता है। इसका पता निम्न तरीकों से लगाया जाता है:
- तापीय विसंगतियाँ:शीतलन माध्यम या उत्पाद में तापमान में अस्पष्टीकृत परिवर्तन।
- विभेदक दाब परीक्षण:रखरखाव के दौरान, विभाजन प्लेट सील की विफलताओं की पहचान करने के लिए प्रत्येक खंड का स्वतंत्र हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण (जबकि आसन्न खंड वायुमंडलीय दबाव पर हों) आवश्यक है।
