Yüksek Viskoziteli Akışkanlar İçin Plakalı Eşanjör Tasarımı: Verimli Isı Transferinin İncelikleri

Giriş

Plakalı eşanjörler, ısı transferinde kompakt yapı ve yüksek verim sunması nedeniyle birçok endüstride tercih edilmektedir. Ancak söz konusu yüksek viskoziteli akışkanlar olduğunda, standart plakalı eşanjör tasarımları çoğu zaman yetersiz kalabilir. Bu tür uygulamalarda özel tasarım, malzeme seçimi ve hidrolik optimizasyon kritik hale gelir.

Gıda, kimya, petrokimya ve farmasötik sektörlerinde sıklıkla karşılaşılan bu zorlu proses koşullarında doğru eşanjör seçimi ve tasarımı, hem proses güvenliğini hem de enerji verimliliğini doğrudan etkiler.

1. Yüksek Viskozite Nedir ve Neden Önemlidir?

Viskozite, bir akışkanın iç sürtünme direncidir ve genellikle “akıcılığa karşı direnç” olarak tanımlanır. Yüksek viskoziteli akışkanlar daha yavaş akar ve daha fazla enerji gerektirir.

Akışkan Türü	Viskozite (cP)
Su	~1
Gliserin	1,200–1,500
Bal	>10,000
Motor yağı (kış)	500–2,000
Domates salçası	50,000–100,000

Bu gibi akışkanların ısıtılması veya soğutulması sırasında laminer akış, sınırlı karışım ve düşük ısı transfer katsayısı gibi olumsuz durumlar gözlemlenir.

2. Plakalı Eşanjörde Tasarım Zorlukları ve Temel Yaklaşımlar

Yüksek viskoziteli akışkanlarda karşılaşılan başlıca sorunlar şunlardır:

• Yetersiz türbülans → düşük ısı transferi
• Yüksek basınç kaybı → pompa yükünün artması
• Plaka yüzeyine yapışma → kirlenme, verim kaybı
• Akışkanın eşanjörde “ölü bölgelerde” kalması → sıcaklık farkı, kalite problemi

Bu nedenle tasarımda şu yaklaşımlar uygulanmalıdır:

Geniş Boşluklu Plaka Kullanımı

• Plakalar arası mesafe (gap) artırılır: 4 mm → 6–10 mm
• Katı partikül içeren ya da yarı katı maddeler için uygundur
• Örnek: Free Flow, Wide Gap plakalı eşanjörler

Özel Plaka Deseni Seçimi

• Sürtünmeyi ve türbülansı optimize eden düşük chevron açılı plaka deseni kullanılır
• Herringbone yerine “wave” veya “corrugated” desenler tercih edilebilir

Düşük Plaka Sayısı ile Kademeli Akış

• Fazla plaka, yüksek basınç kaybı yaratır. Bunun yerine daha az ama daha geniş geçişli plakalar tercih edilir
• Gerekirse çift veya üç kademeli yapı kurularak sıcaklık farkı yayılır

Yatay Yerleşimli Eşanjör Kullanımı

• Çok viskoz veya tortulu sıvılarda, yerçekiminin de yardımıyla tahliye kolaylaşır
• Dikey tiplerde bazı bölgelerde akış durabilir

Proses İçin CIP (Yerinde Temizlik) Uyumlu Tasarım

• Plaka yapısında ölü bölgeler en aza indirilir
• Conta malzemeleri CIP kimyasallarına uyumlu seçilir (EPDM, FKM, NBR varyantları)

3. Plakalı Eşanjörlerde Isı Transferi Performansı Nasıl Optimize Edilir?

Yüksek viskoziteli akışkanlarda ısı transfer katsayısı düşer çünkü türbülans oluşmaz veya çok sınırlıdır. Bu durumu iyileştirmek için şu önlemler alınmalıdır:

Önlem	Etki
Plaka boşluğunun artırılması	Daha az basınç kaybı, partikül geçişi kolaylığı
Akış yönü optimizasyonu	Alt giriş / üst çıkış ile yerçekimi destekli akış sağlanır
Çok kademeli ısı eşanjörleri	Sıcaklık farkı küçük tutularak daha dengeli ısı transferi yapılır
Giriş/çıkış nozulları büyütme	Girişte akışkanın eşanjöre “şok” yapmadan dağılması sağlanır

4. Plakalı EşanjörlerdeMalzeme ve Conta Seçimi

Yüksek viskoziteli akışkanlar genellikle agresif kimyasal içeriklere ya da yüksek sıcaklığa sahip olabilir. Bu nedenle hem plakalar hem de contalar uygun malzeme ile seçilmelidir:

Plaka Malzemeleri

• AISI 316L / 316Ti: Asitli ortamlar ve gıda uygulamaları
• Titanium: Tuzlu su veya klor bazlı akışkanlar
• SMO 254: Yüksek klor ve asit kombinasyonları

Conta Malzemeleri

• EPDM: Sıcak su, buhar, CIP kimyasalları
• NBR: Yağ bazlı akışkanlar (bitkisel yağ, gres)
• FKM/Viton: Kimyasal dayanım, yüksek sıcaklık

5. Plakalı Eşanjörde Uygulama Örnekleri ve Saha Deneyimleri

Gıda Endüstrisi (Domates Salçası, Pekmez)

• Viskozite: 20,000–60,000 cP
• Kullanılan çözüm: Wide-gap plaka, yatay montaj
• Sonuç: Isı transfer süresi %25 azaldı, temizlik süresi %40 kısaldı

Petrokimya (Bitüm, Motor Yağları)

• Yüksek sıcaklık (120–180 °C)
• Kullanılan çözüm: SMO plakalar, FKM conta
• Sonuç: Kimyasal direnç sağlandı, 2 yılda sadece 1 bakım planlandı

Kozmetik Üretimi (Losyon, Krem)

• Hassas ürünler: Akışkanın bozulmaması gerekir
• Kullanılan çözüm: Düşük plakalı, çok kademeli yapı
• Sonuç: Ürün sıcaklığı ±0,5 °C toleransla korunabildi

6. Plakalı Eşanjörde Tasarım Yazılımları ve Simülasyon Araçları

Günümüzde yüksek viskoziteli akışkanlar için plakalı eşanjör seçimi manuel olarak yapılması zor bir konudur. Bu nedenle gelişmiş termal simülasyon ve akış analiz yazılımları kullanılır:

• Ekin PHE Selection Tool – özel konfigürasyon seçenekleri
• CFD Simülasyonları – akış profili ve sıcaklık dağılımı analizi
• NTU ve LMTD Yaklaşımı – akademik hesaplama doğrulaması

7. Ekin Endüstriyel Çözüm Yaklaşımı

Ekin Endüstriyel olarak yüksek viskoziteli proseslerde müşteri odaklı şu hizmetleri sunuyoruz:

• Uygulama öncesi proses verisi analizi
• Doğru plaka/desen/malzeme önerisi
• Gerekirse custom plaka tasarımı
• Demo/test cihazı ile pilot çalışma
• CIP uyumlu temizlik sistemlerinin entegrasyonu

Sonuç: Zor Akışkanlara Akılcı Çözümler

Yüksek viskoziteli akışkanlar, ısı eşanjörü tasarımında özel bir mühendislik yaklaşımı gerektirir. Standart ürünlerle risk almak yerine, bu prosesler için özel olarak geliştirilen plakalı eşanjör çözümleri tercih edilmelidir. Ekin Endüstriyel olarak bu alandaki bilgi birikimimiz ve saha deneyimimizle, yüksek viskoziteli uygulamalarda güvenli, verimli ve uzun ömürlü çözümler sunmaktayız.

Projenize özel analiz ve teklif için teknik ekibimizle iletişime geçebilirsiniz.