Koncepcja i działanie płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła są dość proste i opierają się na przepływie i kontakcie termicznym dwóch cieczy. Nazwa płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła służy do wyjaśnienia procesu, jakim jest wymiana temperatury pomiędzy dwoma płynami. W wymienniku ciepła ogrzany lub gorący płyn będzie przepływał wokół zimnego płynu i przekazywał ciepło w kierunku przepływu zimnego płynu.
W każdej sytuacji, w której stykają się dwa kawałki materiału, nastąpi wymiana lub transfer ciepła przez powierzchnię przewodzącą. Proces płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła zapewnia miejsce dla dwóch płynów do wymiany lub przenoszenia ciepła przez metale przewodzące.
W procesie wymiennika płaszczowo-rurowego jeden płyn przepływa przez rury, a drugi przez płaszcz. Na poniższym schemacie, który przedstawia płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła z prostą rurą, wlot płaszcza, przez który wpływa płyn płaszczowy, znajduje się na górze, a wlot płynu rurowego w prawym dolnym rogu.
Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła składa się z dwóch przedziałów lub sekcji: strony płaszcza i strony rury. Podczas pracy z wymiennikiem płaszczowo-rurowym ważne jest, aby zdecydować, po której stronie wpłynie gorący płyn, a po której zimny płyn; decyzja ta nazywana jest alokacją płynów.
Gdy występuje różnica ciśnień pomiędzy płynami, płyn o niższym ciśnieniu wpływa przez wlot płaszcza, ponieważ rury są zaprojektowane tak, aby wytrzymać wysokie ciśnienie.
Strona powłoki
Przy określaniu przepływu płynu po stronie płaszcza ważne jest, aby wiedzieć, że wykonanie płaszcza jest droższe niż rur i jest trudniejsze do czyszczenia. Po stronie płaszcza znajdują się przegrody, które kierują przepływ płynu przez wiązki rur.
Płyny lepkie i płyny o dużym natężeniu przepływu są przetwarzane przez stronę płaszcza, gdzie występuje zwiększona turbulencja i zwiększony współczynnik przenikania, co prowadzi do poprawy wymiany ciepła. Duże zmiany temperatury zwykle występują po stronie płaszcza.
Strona rury
Koniecznością po stronie rury jest wytworzenie przepływu turbulentnego; osiąga się to poprzez zainstalowanie turbulatorów wewnątrz rur poprzez otwory w blasze sitowej. Podobnie jak turbulencje w płaszczu, turbulencje w rurach zwiększają zdolność wymiany ciepła. Drugą funkcją turbulatorów jest utrzymywanie wnętrza rur w czystości i niezabrudzeniu. Rury charakteryzują się niższymi turbulencjami i spadkiem ciśnienia oraz zapewniają usprawniony przepływ.
Przechodzi
Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła mogą mieć jeden, dwa, cztery, sześć lub osiem przebiegów, które są zapisane jako 1-1, 1-2, 1-4 i tak dalej. Pierwsza liczba to liczba muszli. Druga liczba to liczba przejść. Liczba przejść to liczba przejść płynu przez płyn w powłoce. W jednoprzebiegowym wymienniku ciepła płyn przechodzi przez płaszcz raz. Wraz ze wzrostem liczby przejść wzrasta współczynnik przenikania ciepła.
Roboczy wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy
Jak widać na rysunku, zimny płyn wpływa przez rurkę lub wlot płaszcza i jest podgrzewany poprzez ogrzewanie przewodzące w rurkach; następnie kończy przetwarzanie. Poniższy obraz przedstawia dwuciągowy wymiennik płaszczowo-rurowy.
Turbulentny przepływ w płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła zwiększa szybkość wymiany ciepła i pozwala uniknąć zanieczyszczania rur i ścian płaszcza. Stały przepływ turbulentny ma działanie samooczyszczające, które zapewnia ciągłą i optymalną wydajność. Przegrody kierujące przepływem w płaszczu tworzą jego turbulencje, natomiast turbulatory zainstalowane w rurach tworzą jego turbulencje.
Proces wymiany ciepła jest ułatwiony poprzez kontakt termiczny pomiędzy dwoma płynami zawartymi w płaszczu i rurkach. Jeden z płynów pozostaje chłodniejszy, a drugi cieplejszy lub gorący.