کاربرد برج خنک کننده در صنایع دارویی

صنایع پزشکی و دارویی همواره جزو صنایع بسیار حساس بوده و به دلیل شرایط ویژه ای که این صنایع دارا می باشند، انتخاب تجهیزات و ماشین آلات خط تولید در آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. خطوط تولید صنایع دارو و تجهیزات پزشکی مانند سایر صنایع نیازمند تجهیزات خنک کاری بوده و کاهش دمای در آن از اولویت خاصی برخوردار است. یکی از تجهیزات مرتبط با خط تولید دارو، مواد آرایشی و بهداشتی و تجهیزات پزشکی، پکینگ برج خنک کننده (کولینگ تاور) است.

به منظور حفظ استانداردهای خطوط تولید مواد دارویی و آرایشی بهداشتی، در نظر گرفتن پارامتر های مربوط به کولینگ تاور و اطلاع از قیمت برج های خنک کننده بسیار حائز اهمیت است. باید توجه داشت که بدلیل حساسیت و هزینه بسیار بالای توقف خطوط تولید، استفاده از برج خنک کننده بطری شکل (گرد) که به هیچ عنوان برای کاربری صنعتی مناسب نیست، در این صنعت نیز توصیه نمی شود.

همانگونه که بیان شد تنها مزیت کولینگ تاور گرد قیمت پایین آن نسبت به انواع پکینگ اسپلش است که این مطلب با در نظر گرفتن کیفیت پایین، راندمان کم و نیاز به تعمیرات و نگهداری زمانبر، به صرفه نیست. با این توضیحات برای صنایع حساس، بهره گیری از برج خنک کن مکعبی کانتر فلو که برای استفاده صنعتی طراحی و تولید می شود متداول است.

    کاربرد برج خنک کننده در صنعت نیروگاه

همانطور که در مطلب برج خنک کننده نیروگاه ذکر شد، در یک نیروگاه حرارتی برای خنک کردن بخار خارج شده از توربین در کندانسور استفاده می‌ شود. در نیروگاه‌های حرارتی، آب داغ تأمین شده حاصل از گاز طبیعی، ذغال سنگ، نفت و یا انرژی هسته‌ ای، توربین‌ ها را به حرکت درمی‌ آورد. آب داغ پس از اینکه به بخار اشباع تبدیل شد حال به سمت توربین که به ژنراتور متصل است رفته و با استفاده از انرژی جنبشی خود، آن را به حرکت در می‌ آورد و پس از عبور بخار از توربین وارد کندانسور می‌ شود. در این مرحله برج خنک کننده نیروگاه با کاهش دمای بخار آن را به آب اشباع تبدیل می‌ نماید.

    کاربرد برج خنک کننده در صنعت نفت و پالایشگاه

نفت خام را ابتدا تا 400 درجه سانتیگراد گرم نموده و سپس در برج تقطیر به صورت مرحله به مرحله با استفاده از آب خنک به برش‌ های نفتی تقسیم می‌ کنند. از برج خنک کننده برای خنک کردن مبدل‌ های حرارتی و دیگر تجهیزات نیز استفاده می‌ شود.

کاربرد برج خنک کننده در صنعت

برج خنک کننده دستگاه تزریق پلاستیک نیز یکی دیگر از کاربردهای صنعتی کولینگ تاور است. دستگاه تزریق پلاستک از دو قسمت اصلی قالب‌ گیری و تزریق تشکیل شده است. ابتدا دانه‌ های ریز پلاستیک داخل قیف ریخته شده و و به داخل سیلندر می‌ رود و با گردش دورانی به جلو رانده می‌ شود. در پوسته سیلندر المنت‌ های حرارتی قرار گرفته است که دانه های جامد پلاستیک را به مایع تبدیل کرده و به داخل قالب تزریق می‌ کند. قیمت قالب از دو بخش متحرک و ثابت تشکیل شده است که نیروی فشار دهنده آنها به روی هم با مقدار تن اعلام می شود.

کاربرد برج خنک کننده در تهویه مطبوع مرکزی ساختمان ها و ادارات

برج خنک کننده در سیستم های تهویه مطبوع به عنوان خنک کننده چیلر در انواع چیلرهای جذبی و تراکمی مورد کاربرد قرار می گیرد و آب خنک مورد نیاز بخش کندانسور چیلرهای جذبی و تراکمی را فراهم می آورد. در این نوع کاربری از کولینگ تاور، به این تجهیز برج خنک کننده چیلر گفته می شود و در بیشتر ساختمان ها ، بانک ها ، ادارات و ساختمان هایی با سیستم حرارت و برودت مرکزی که دارای چیلر آبی هستند برج خنک کننده در بام این برج ها قابل روئیت می باشد.

انتخاب صحیح برج خنک کننده جهت خنک کاری چیلر مستلزم داشتن آگاهی کافی در این زمینه بوده و دانش فنی مورد نیاز در علوم سیالات می تواند کمک بسزایی نیز در عملکرد صحیح این دستگاه بنماید. همانطور که واضح است راندمان چیلر وابستگی بسیار زیادی به دمای آب خنک کولینگ تاور دارد و از این رو توصیه می شود کلیه اصول طراحی و انتخاب برج خنک کننده را قبل از نصب و خرید در نظر بگیرید.

کاربرد برج خنک کننده در صنایع مختلف

برج خنک کننده در صنایع مختلف کشور همچون پتروشیمی، صنایع فولاد ، صنایع چوب ، صنایع رنگ و رزین ، صنایع غذایی و تزریق پلاستیک به عنوان واحد مرکزی تولید آب سرد مبدل های حرارتی ایفای نقش می نماید. برج خنک کننده در کاربری صنعتی خود تحت عنوان یک منبع سرمایشی گاه می تواند در صنایع ذوب فلزات دمای یک کوره القایی را بعد از فرآیند ذوب کاهش دهد و گاه نیز میتواند قطعات تزریق شده توسط دستگاه های تزریق پلاستیک را توسط آب سرد ، خنک نماید.

برج خنک کننده صنعتی در زمان های گذشته به صورت بتنی و فلزی تولید و عرضه می شد و امروزه به دلیل معایب فراوان سازه بتنی (وزن زیاد، ابعاد زیاد، رشد جلبک و رسوب ، راندمان پایین) تولید و طراحی برج خنک کننده بتنی منسوخ گردیده است.

عملکرد برج خنک کننده

کارکرد برج خنک کننده در واقع تحت تأثیر از فاکتورهایی همچون میزان سطح تبادل حرارت (Cross Sectional Area) و میزان حجم هوادهی(Air Flow) می باشد. در اصول ترمودینامیک وقتی تماس بین دو سیال برقرار میشود گرما از سیالی که دمای کمتری دارد (هوا) به سیالی که دمای بیشتری دارد ( آب) هدایت میگردد و این موضوع سبب خنک تر شدن سیال اول یعنی آب می شود. بنابراین جهت انتقال حرارت در برج خنک کننده از آب به هوا می باشد. نوع موازنه جرمی حاکم (Mass Balance) در سیستم گردش سیالات در کولینگ تاور سبب تقسیم بندی برج خنک کن به انواع مختلفی می شود.

انواع سامانه جرمی در برج خنک کننده

اگر سامانه موازنه جرمی بین سیالات مختلف از نوع سامانه باز (Open System) باشد برج خنک کننده از نوع مدار باز (Open Circuit Cooling Tower) می باشد و اگر سامانه جرمی بین سیالات آب و هوا از نوع سامانه بسته یا ایزوله (Isolate System) باشد، این تجهیز برج خنک کننده مدار بسته(Close Circuit Cooling Tower) نام گذاری می شود. البته در برخی نمونه ها نیز سامانه گردش سیالات در خنک کن های صنعتی، ترکیبی از یک سامانه باز و یک سامانه بسته می باشد که در این صورت به این مدل، برج خنک کننده ترکیبی نیز گفته می شود.

برج خنک کننده مرطوب:

عموماً عملکرد برج خنک کننده مرطوب با یک سامانه باز بدین شکل است که آب ورودی گرم (Inlet Hot Water) وارد یک سری اسپری نازل ثابت و یا آب پخش کن چرخشی(Sprinkler) می گردد. آب گرم خروجی از نازل یا آب پخش کن بر روی سطوح خنک کننده (Packing Media) پاشش می کند. جریان آب پس از جریان یافتن بر روی سطوح تبادل حرارت پکینگ در تماس با جریان القایی هوایی قرار می گیرد و طی این فرآیند در اثر برخورد قطرات آب و جریان هوای القایی ، آب با درصد کمی تبخیر خنک تر می شود و گرمای دفع شده از آب به صورت بخارات(رطوبت) وارد هوای خشک ورودی می شود و پس از این فرآیند، هوای اشباع شده (Saturated Air) از برج خنک کننده خارج می شود.

آب سرد خروجی برج خنک کننده(Outlet Cold Water) نیز پس از گذر از سطوح خنک کن در قسمت تشتک یا Basin  تجمیع می گردد و توسط پمپ سیرکولاتور به منظور خنک کردن به تجهیزات گرمازا هدایت می گردد. این چرخه به صورت دائم تکرار می شود و درنتیجه آن آب گرم خروجی منابع حرارتی به صورت مجدد وارد چرخه صنعتی می گردد. در واقع به صورت خلاصه این طور می شود بیان کرد که عملکرد یک برج خنک کننده مرطوب بر پایه ایجاد رطوبت در هوا، تبخیر آب و در نتیجه خنک تر شدن آب با درصدی پرت می باشد.

برج خنک کننده خشک:

عموماً عملکرد برج خنک کننده خشک با یک سامانه بسته بدین شکل است که آب گرم ورودی با ورود به بخش کویل فین دار(فین پره هایی در سطح خارجی کویل جهت افزایش سطح تبادل حرارت می باشد) در قسمت داخلی در تماس با یک سطح ویژه معین لوله های فلزی(عموماً مس و استیل) قرار می گیرد. در سوی دیگر کویل در برج خنک کننده، هوای مکش شده توسط فن یا پروانه با جریان القایی قرار دارد.

گرمای هدایت شده از آب گرم ورودی در این نوع خنک کن مدار بسته ابتدا به سطح خارجی کویل نفوذ می کند و سپس بعد از فرآیند نفوذ حرارتی (Conductivity) بین آب و سطح خارجی کویل، هوا در تماس با کویل قرارگرفته و در این قسمت از برج خنک کننده شاهد یک هدایت حرارتی(Conduction) بین سطح خارجی کویل و جریان هوا می باشیم. بعد از هدایت گرما از سطح خارجی کویل برودتی به هوای محیط بیرون در این نوع برج خنک کننده، آب بدون هیچ گونه تبخیر و هدررفتی خنک خواهد شد. عملکرد این مدل سردکن مدار بسته بسیار مشابه با کندانسور هوایی یا هوا خنک می باشد.