Thiết bị trao đổi nhiệt – Quyết định hiệu suất truyền nhiệt của chất

Trong quá trình làm lạnh hay làm nóng các chất, thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trò rất quan trọng. Cấu tạo và cách bố trí các thiết bị này quyết định đến tốc độ và hiệu suất truyền nhiệt. Mời bạn đọc tìm hiểu bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn về các bộ trao đổi nhiệt.

 Thiết bị trao đổi nhiệt là gì?

Thiết bị trao đổi nhiệt hay bộ trao đổi nhiệt thực hiện các quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất mang 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… Một ví dụ phổ biến là tản nhiệt trong xe hơi, trong đó nước được sử dụng để chuyển nhiệt đến bộ tản nhiệt và được giải nhiệt bởi không khí, sau đó làm mát động cơ.

Quá trình truyền nhiệt giữa các lưu chất với nhau thông qua các thiết bị đã được con người sử dụng từ rất lâu để ứng dụng vào các quá trình sản xuất.

Do thông thường, nhiệt có thể tồn tại ở các trạng thái không mong muốn nên cần phải được chuyển đổi thành các trạng thái phù hợp với mục đích sử dụng. Từ đây, các thiết bị trao đổi nhiệt ra đời với nhiều chủng loại khác nhau, phù hợp với từng quá trình sản xuất.

Có thể hiểu đơn giản thiết bị trao đổi nhiệt là một thiết bị dùng để truyền nhiệt từ một nơi, một chất, một môi trường này sang một nơi, một chất, một môi trường khác. Tùy vào các mục đích khác nhau mà quá trình có thể là làm lạnh hoặc làm nóng.

Thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến trong công nghiệp

Sở dĩ, các thiết bị trao đổi nhiệt ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong ngành thực phẩm là vì nhu cầu ngày một cao của con người về các sản phẩm chất lượng.

Thực phẩm và đồ uống nếu được xử lý nhiệt một cách triệt để sẽ loại bỏ đi được các vi khuẩn, vi sinh vật có hại, từ đó sẽ kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm cũng như làm gia tăng chất lượng của chúng.

Bên cạnh đó, các quá trình truyền nhiệt cũng cần phải nhanh chóng và hiệu quả để hạn chế tối đa các ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng và mặt cảm quan của sản phẩm, đồng thời cũng giảm thiểu được chi phí nhiên liệu và tiết kiệm thời gian.

Trong ngành thực phẩm và đồ uống, có rất nhiều dạng thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng, tiêu biểu là 3 dòng thiết bị sau đây:

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống

Đây là dạng thiết bị cơ bản nhất trong các quá trình trao đổi nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống được thiết kế bao gồm một ống nhỏ được định vị đồng tâm và đặt bên trong một ống lớn hơn.

Thiết kế ống kép như vậy cho phép dòng lưu chất chảy không hạn chế, rất phù hợp để ứng dụng cho các sản phẩm có độ nhớt cao. Trong ngành thực phẩm, nó được ứng dụng để trao đổi nhiệt cho các sản phẩm như mật ong, mứt, bánh kẹo.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ ống là một trong những dạng phổ biến và thường gặp trong ngành chế biến thực phẩm. Nó có cấu tạo gồm nhiều ống nhỏ được bó với nhau thành một chùm ống và được bọc bên trong một vỏ ống lớn.

Với thiết kế như vậy sẽ làm gia tăng hiệu quả trao đổi nhiệt giữa hai lưu chất. Dạng thiết bị này được sử dụng rất nhiều trong ngành chế biến sữa, nó được dùng để thanh trùng hay tiệt trùng sữa.

Ngoài ra, thiết bị này còn được dùng để làm nóng các dạng thực phẩm khác như tương cà, tương ớt, chocolate,  dầu thực vật,…

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Đây là dạng thiết bị trao đổi nhiệt cũng khá phổ biến trong ngành chế biến thực phẩm, được sử dụng rất nhiều trong các hệ cô đặc nhiều nồi. Đặc điểm lớn nhất của thiết bị dạng này là có diện tích bề mặt truyền nhiệt lớn.

Từ đó cho ra hiệu suất trao đổi nhiệt cao, cũng như kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều so với dạng ống chùm. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm phù hợp với ứng dụng trao đổi nhiệt của các chất lỏng với áp suất thấp, độ nhớt thấp.

Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là sẽ cần phải vệ sinh thường xuyên nếu trao đổi nhiệt cho các lưu chất có chứa chất xơ, cặn, dễ bám dính trong các khe hở của tấm trao đổi nhiệt như sữa dừa, nước cốt dừa…

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt

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: Một yếu tố quan trọng khác là dòng chảy của chất lỏng ở cả phía sơ cấp và thứ cấp của bộ trao đổi nhiệt.

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.

Nói chung, cách hiệu quả nhất để lắp đặt một bộ trao đổi nhiệt là với chất lỏng chảy theo cách sắp xếp ngược dòng (vì vậy nếu chất làm mát di chuyển từ trái sang phải, chất lỏng nóng đi từ phải sang trái) và đối với thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm và ống thì chất làm mát nên vào ở vị trí đầu vào thấp nhất để đảm bảo bộ trao đổi nhiệt luôn đầy nước.

Đối với bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí, điều quan trọng là phải xem luồng không khí khi lắp đặt bộ làm mát, bất kỳ phần nào của lõi bị chặn sẽ làm ảnh hưởng đến khả năng làm mát.

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng ống

Thiết kế hình ống trong thiết bị trao đổi nhiệt thể hiện tính linh hoạt và hiệu suất làm việc cao. Chúng trở thành bộ trao đổi nhiệt được sử dụng phổ biến.

Những ưu điểm chính của bộ trao đổi nhiệt dạng ống có thể kể tên như sau:

– Chi phí bảo trì thấp

– Áp lực làm việc cao

– Nhiệt độ làm việc cao

– Phù hợp các sản phẩm dạng hạt hoặc sợi

– Đáp ứng các tiêu chuẩn trong quy trình vô trùng

– Dễ dàng kiểm tra và tháo gỡ

Như vậy có thể nói thiết bị trao đổi nhiệt là nhân tố quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt. Quyết định tốc độ truyền nhiệt, hiệu suất truyền nhiệt giữa các môi chất với nhau. Qua đó quyết định năng suất, hiệu quả sản xuất trong các nhà máy doanh nghiệp.

Quý khách hàng có nhu cầu về các bộ trao đổi nhiệt hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn. Địa chỉ công ty: HeX Boiler - CÔNG TY TNHH NĂNG LƯỢNG NHIỆT BÁCH KHOA. Địa chỉ: Số 268B, Quốc Lộ 2, Khu 2, Xã Phù Lỗ, Huyện Sóc Sơn, Tp Hà Nội. Hotline: 0917 754 059. Email: info@hexboiler.com