Thiết bị trao đổi nhiệt

Ngày nay, quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa diễn ra với tốc độ chóng mặt đòi hỏi các quá trình truyền nhiệt cũng phải được cải tiến theo để phù hợp với các ứng dụng mới và đặc thù. Các thiết bị trao đổi nhiệt cũng vì đó mà phải luôn được cải tiến, làm mới để các quá trình diễn ra nhanh hơn, an toàn hơn và hiệu quả hơn.

Để hiểu rõ hơn về loại thiết bị này, hãy cùng Lò hơi Bách Khoa tìm hiểu qua bài viết sau nhé.

Thiết bị trao đổi nhiệt là gì?

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa một hay nhiều chất tải nhiệt. Những chất tải nhiệt có thể được ngăn cách bằng các tấm hoặc các ống để ngăn sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp giữa các chất tải nhiệt.

Trong các quá trình sản xuất, ví dụ như lò hơi để sản sinh hơi nước, thiết bị ngưng tụ và bốc hơi trong thiết bị lạnh, thiết bị hồi nhiệt, vv. Một ví dụ điển hình của thiết bị trao đổi nhiệt có thể thấy trong động cơ đốt trong có một chu kỳ chất lỏng được biết như hệ thống làm mát chảy dọc ống tản nhiệt và không khí sẽ được thổi vào làm mát động cơ.

Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt có thể phân loại dựa theo cấu trúc, số lượng môi chất nhiệt, hình dạng bề mặt trao đổi và kiểu dòng chảy.

Theo cấu trúc

Khi phân loại theo cấu trúc thì thiết bị trao đổi nhiệt được phân thành 3 loại: thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, thiết bị trao đổi nhiệt dạng mặt phẳng.

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: là loại được dùng phổ biến nhất (chiếm khoảng 60%). Thiết bị bao gồm một bó ống bên trong có chất lỏng cần làm nóng hoặc lạnh chảy qua. Bộ này thường dùng cho các ứng dụng đòi hỏi nhiệt độ và áp suất làm việc cao.
• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng mặt phẳng: bao gồm các vách phẳng ngăn cách môi chất chạy xen kẽ trao đổi nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt loại này sử dụng cho các ứng dụng trao đổi nhiệt giữa: khí – khí, khí – chất lỏng, hơi – khí.

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm: Là một loại thiết bị sử dụng các tấm kim loại để truyền nhiệt giữa hai chất lỏng. Thiết bị cho hiệu suất trao đổi nhiệt lớn và kích thước nhỏ so với thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm (vì chất lỏng được tiếp xúc tràn trên các tấm). Thiết bị này sử dụng chủ yếu cho môi chất lỏng hoạt động tại áp suất thấp dưới 30 bar.

Dựa theo hình dạng bề mặt truyền nhiệt

Hình dạng bề mặt truyền nhiệt phổ biến gồm:

• Bề mặt nhẵn (bare tube).
• Bề mặt có cánh (fined tube).
• Bề mặt dạng tấm loại xương cá chevron.

Dựa theo kiểu dòng chảy

Dựa vào dòng chảy thì có thể phân loại thành 3 thiết bị trao đổi nhiệt sau:

• Với thiết bị trao đổi nhiệt kiểu "chảy cùng chiều": 2 chất tải nhiệt đi vào thiết bị cùng phía, chảy song song và cùng chiều.
• Với thiết bị trao đổi nhiệt "chảy ngược chiều": 2 chất tải nhiệt đi vào 2 phía đối diện.
• Với thiết bị trao đổi nhiệt "chảy chéo dòng": 2 chất tải nhiệt chảy theo phương vuông góc với nhau.

Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt

Với tầm quan trọng của mình, thiết bị trao đổi nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như:

• Công nghệ dệt: Thu hồi nhiệt ở quá trình giặt, tẩy rửa.
• Khí đốt và than đá: Làm lạnh amonia, benzen, gia nhiệt hoặc thu hồi nhiệt quá trình bay hơi CO2.
• Công nghiệp điện: Thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng làm mát dầu tuabin sử dụng nước hồ, nước suối.
• Bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống năng lượng mặt trời.
• Công nghệ giấy: Thu hồi nhiệt thải, tạo màu giấy, vv.
• Thực phẩm và đồ uống: bộ trao đổi nhiệt sử dụng phổ biến trong công nghệ thực phẩm và đồ uống. Do yêu cầu gia nhiệt hoặc làm lạnh sản phẩm. Hoặc có thể được sử dụng để thanh trùng, tiệt trùng, bảo quản thực phẩm, đồ uống như sữa, bia, nước giải khát.
• Công nghệ tàu thủy: Làm nóng nước sử dụng hơi, ngưng tụ chân không, làm lạnh dầu trục cam, hệ thống làm lạnh trung tâm bằng nước biển, làm mát dầu.
• Hệ thống lạnh công nghiệp: Bay hơi hoặc ngưng tụ gas NH3, Gas lạnh R32, R407.
• Công nghệ hoá chất: Hệ thống ngưng tụ ethanol, gia nhiệt, làm lạnh và ngưng tụ nhiều loại chất lỏng như acid sulfuric, acid nitric, acid acrylic, acid béo.
• Được sử dụng rộng rãi trong hệ thống sưởi ấm, dùng trong điện lạnh, điều hòa nhiệt độ.

Các hình thức trao đổi nhiệt

Dựa trên cách thức trao đổi nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt có thể chia làm hai loại là trao đổi trực tiếp hay gián tiếp. 

• Trao đổi nhiệt trực tiếp có thể là các quá trình làm mát nước bằng không khí, nơi mà hai hệ tương tác trực tiếp với nhau. 
• Trao đổi nhiệt gián tiếp có thể là các quá trình trao đổi nhiệt thông qua bề mặt kim loại, nơi mà hai hệ không tiếp xúc trực tiếp với nhau.

Trong đó thì quá trình trao đổi nhiệt gián tiếp thông qua bề mặt kim loại là phổ biến hơn vì chúng phòng tránh được sự nhiễm bẩn giữa hai môi trường, từ đó làm cho quá trình trở nên hiệu quả hơn.

Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị

Hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt có thể được xác định theo nhiều cách. Và một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị như:

Sự chênh lệch nhiệt độ: Sự khác biệt giữa chất lỏng nóng và chất làm mát là rất quan trọng khi thiết kế bộ trao đổi nhiệt. Chất làm mát luôn cần ở nhiệt độ thấp hơn chất lỏng nóng. Nhiệt độ chất làm mát thấp hơn sẽ lấy nhiều nhiệt ra khỏi chất lỏng nóng hơn, khi đó nhiệt độ chất làm mát sẽ ấm dần lên. Ví dụ, nếu bạn có một cốc nước uống ở nhiệt độ phòng, thì việc làm mát nó bằng đá sẽ hiệu quả hơn nhiều thay vì chỉ dùng nước mát, nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho thiết bị trao đổi nhiệt.

Tốc độ dòng chảy: Tốc độ dòng chảy lớn hơn sẽ làm tăng khả năng truyền nhiệt của bộ trao đổi, nhưng tốc độ dòng chảy lớn hơn cũng có nghĩa là khối lượng lớn hơn, điều này có thể gây khó khăn hơn cho việc loại bỏ nhiệt lượng cũng như tăng vận tốc và tổn thất áp suất.

Lắp đặt: Bộ trao đổi nhiệt phải luôn được lắp đặt theo hướng dẫn của nhà sản xuất. 

Bởi tính chất của mỗi ngành khác nhau các thiết bị trao đổi nhiệt lại sẽ thiết kế khác nhau. Chính vì vậy để cho thiết bị được sử dụng tối ưu cần có sự đánh giá, tư vấn của các chuyên gia trong ngành. 

Lò hơi Bách Khoa tự hào là đơn vị hàng đầu cung cấp thiết bị trao đổi nhiệt chất lượng cao cũng như có đội ngũ nhân viên tư vấn khảo sát giàu kinh nghiệm và nhiệt tình. Nhu cầu của bạn sẽ được giải đáp nhanh chóng nhất khi liên hệ với chúng tôi qua hotline.