Thiết bị trao đổi nhiệt và ứng dụng trong công nghiệp

Trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, chế biến thức ăn, thủy sản, giấy, dệt nhuộm, thuốc lá, giải khát,… thiết bị trao đổi nhiệt (bộ trao đổi nhiệt) có vai trò rất quan trọng.  Chúng được coi là những thiết bị có năng suất và hiệu quả cao. Vậy thiết bị trao đổi nhiệt là gì? Chúng được ứng dụng như thế nào trong các ngành công nghiệp, Lò Hơi Bách Khoa sẽ giúp các bạn tìm hiểu về thiết bị này nhé!

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm

Thiết bị trao đổi nhiệt là gì? 

Là thiết bị được dùng để trao đổi nhiệt giữa một hay nhiều chất tải nhiệt. Những chất tải nhiệt có thể được ngăn cách bằng các ống (tube) hoặc các tấm (plate) để ngăn sự pha trộn hoặc tiếp xúc trực tiếp giữa các chất tải nhiệt. 

Có thể hiểu đơn giản bộ trao đổi nhiệt là một thiết bị được chế tạo  dùng để truyền nhiệt hiệu quả từ bộ phận này sang bộ phận khác. Môi chất có thể được ngăn cách bởi một bức vách rắn để chúng không pha trộn vào.

Ứng dụng của thiết bị trao đổi nhiệt

Là một thiết bị quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt:

• 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.

Thiết bị trao đổi nhiệt

Ứng dụng trong công nghệ hóa chất.

• Dùng để làm bộ trao đổi nhiệt EO/EG, ngưng tụ VOC.

• Hệ thống thu hồi nhiệt thải áp suất và nhiệt độ cao.

• 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.

• Hệ thống lạnh công nghiệp: Bay hơi hoặc ngưng tụ gas NH3, Gas lạnh R32, R407.

Ứng dụng trong các hệ thống HVAC:

• Hệ thống làm nóng nước trung tâm, thiết bị tạo nước nóng nhanh sử dụng hơi nước.

• Thiết bị giảm áp tòa nhà Interconcepter sử dụng bộ trao đổi nhiệt.

• Hệ thống thu hồi nhiệt nóng Chiller.

• Thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống năng lượng mặt trời, heatpump.

• Công nghệ giấy: Thu hồi nhiệt thải, tạo màu giấy,…

Ứng dụng trong 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.

Trong các lĩnh vực khác

• 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. 

Bộ trao đổi nhiệt có nhiều công dụng và chức năng khác nhau nên khả năng ứng dụng của thiết bị này là vô tận.

Ống tản nhiệt cánh nhôm

Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt

Do sự đa dạng trong ứng dụng nên thiết bị trao đổi nhiệt có thể phân loại dựa theo cấu trúc, ứng dụng, số lượng môi chất nhiệt, hình dạng bề mặt trao đổi và kiểu dòng chảy. Cụ thể:

Phân loại bộ trao đổi nhiệt dựa theo cấu trúc

Bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm

Là một trong những dạng thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành công nghiệp, ước tính có tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay trên thế giới là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm.

• Thiết bị gồm một bó ống bên trong có chất lỏng cần được làm nóng hoặc lạnh chạy qua. 

• Bộ trao đổi nhiệt ống chùm thường được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi áp suất và nhiệt độ làm việc cao. 

• Môi chất trao đổi nhiệt có thể là chất lỏng, khí, gas hoặc hơi.

Đặc điểm

Bộ trao đổi nhiệt ống chùm phụ thuộc vào một số yếu tố:

• Kích thước ống (tube): Sử dụng ống nhỏ sẽ giảm chi phí, thiết bị gọn nhẹ nhưng ngược lại sẽ khó vệ sinh, cáu bẩn.

• Chiều dày ống: Quyết định tới hệ số truyền nhiệt, độ mài mòn, khối lượng thiết bị, khả năng có sẵn của phụ tùng.

• Chiều dài ống, khoảng cách giữa các ống, vách ngăn

Dòng chảy trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thể là dòng chảy cùng chiều, dòng chảy ngang hoặc dòng chảy xoắn ốc.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm

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. Điều này có một lợi thế lớn so với một bộ trao đổi nhiệt thông thường ở chỗ các chất lỏng được tiếp xúc với một diện tích bề mặt lớn hơn nhiều bởi vì các chất lỏng được trải ra trên các tấm. Thiết bị cho hiệu suất trao đổi nhiệt lớn và kích thước nhỏ so với thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm. 

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm sử dụng chủ yếu cho môi chất lỏng hoạt động tại áp suất thấp (dưới 30bar). Một số thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm đặc biệt sử dụng mối hàn có thể sử dụng cho các ứng dụng có áp suất lớn, môi chất là gas hoặc hơi nước.

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm sử dụng gasket. 

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm loại bán hàn. 

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm loại hàn kín.

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng xoắn ốc.

• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng (plate coil).

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng mặt phẳng

Thiết bị trao đổi nhiệt loại này sử dụng cho các ứng dụng trao đổi nhiệt giữa:

• Khí – Khí.

• Khí – Chất lỏng.

• Hơi – Khí.

Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt bao gồm các vách phẳng ngăn cách môi chất chạy xen kẽ trao đổi nhiệt.

Ứng dụng:

• Gia nhiệt khí sơ cấp (Air Preheater)

• Thu hồi nhiệt thải (Heat Recovery)

• Gia nhiệt khí (Air Heater)

• Tạo khí nóng (Hot Air Generator)

• Thu hồi nhiệt (Recuperator), etc., nhiệt độ thiết kế cực đại có thể đạt được 1000 ℃.

Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt dựa theo ứng dụng

Thông thường thiết bị trao đổi nhiệt dùng để trao đổi nhiệt giữa hai môi chất có nhiệt độ khác nhau. Tuy nhiên trong nhiều ứng dụng trên cùng một thiết bị có thể được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa nhiều môi chất. 

Ví dụ điển hình là trao đổi nhiệt giữa hơi, nước, Glycol và sữa, nước hoa quả trong các ứng dụng gia nhiệt thanh trùng sản phẩm.

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

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

• Loại 1 pass.

• Double.

• Multi section.

• Thiết bị trao đổi nhiệt đa dạng, có thể phân loại dựa trên nhiều cách khác nhau. Việc lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt cần căn cứ vào các yêu cầu nhiệt độ, lưu lượng dòng chảy, loại môi chất và các ứng dụng cụ thể. Ngoài ra loại vật liệu và giá thiết bị trao đổi nhiệt cũng là yếu tố quyết định.

• Bởi tính chất của mỗi ngành khác nhau các thiết bị trao đổi nhiệt lại được thiết kế khác. 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. Apolytech tự hào là đơn vị hàng đầu cung cấp thiết bị trao đổi nhiệt chất lượng cao cũng như có đội ngũ chuyên viên tư vấn khảo sát giàu kinh nghiệm và nhiệt tình. Đến với Apolytech, chắc chắn mọi vấn đề đều được giải quyết triệt để và nhanh chóng nhất.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là gì?

Là một loại thiết bị sử dụng các tấm kim loại để truyền nhiệt giữa hai chất lỏng. Trong kỹ thuật, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm được ứng dụng rộng rãi là do bề mặt tiếp xúc của các chất lỏng lớn. Điều này tạo điều kiện cho việc truyền nhiệt và làm tăng tốc độ thay đổi nhiệt độ. 

Khái niệm đằng sau thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là việc sử dụng các ống dẫn hoặc các bình ngăn chặn khác để làm nóng hoặc làm nguội một chất lỏng bằng cách truyền nhiệt giữa nó và một chất lỏng khác. 

Trong hầu hết các trường hợp, bộ trao đổi bao gồm một ống cuộn có chứa một chất lỏng đi qua một buồng chứa chất lỏng khác. Các bức tường của đường ống thường được làm bằng kim loại, hoặc một chất có tính dẫn nhiệt cao, để tạo điều kiện trao đổi, trong khi vỏ ngoài của khoang lớn hơn được làm bằng nhựa hoặc phủ cách nhiệt, để ngăn cản nhiệt thoát ra từ bộ trao đổi.

Các dạng trao đổi nhiệt dạng tấm

Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ghép gioăng cao su

Cấu tạo của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ghép gioăng gồm một dãy các kim loại mỏng bằng chất liệu Inox, Titan, Hastenlloy,… ghép kín với nhau bằng các gioăng cao su tổng hợp và bộ khung giữ chắc chắn, tạo thành các ngăn/khe rãnh cho hai lưu chất nóng và lạnh chạy xen kẽ trong các ngăn/khe.

Hai lưu chất nóng và lạnh sẽ chảy tuần tự lên hai bề mặt tấm, nơi quá trình truyền nhiệt từ lưu chất nóng sang lưu chất lạnh diễn ra. Các ngăn/khe chảy được thiết kế đặc biệt để tạo ra trạng thái chảy rối tối đa đối với cả 2 lưu chất, làm tăng hiệu quả truyền nhiệt. Hai lưu chất thường vào và ra ở ngõ trên và dưới tương ứng của bộ trao đổi nhiệt hoặc ngược lại theo nguyên tắc nghịch lưu.

Ưu điểm thiết bị trao đổi nhiệt dạng ghép gioăng cao su là có thể tháo các tấm để vệ sinh và tùy chỉnh lắp thêm hoặc bớt các tấm để phù hợp với các nhu cầu truyền nhiệt. 

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ghép gioăng cao su:

• Hiệu suất truyền nhiệt cao (diện tích truyền nhiệt lớn).

• Tiết kiệm năng lượng.

• Có thể tháo lắp vệ sinh và bảo trì dễ dàng.

• Phụ tùng thay thế đơn giản.

• Kết cấu, lắp đặt gọn nhẹ.

• Giá thành đầu tư, lắp đặt cạnh tranh.

• Cho phép điều chỉnh công suất.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm hàn kín

Là một khối kim loại cố định, gồm các tấm kim loại mỏng được hàn kín hoàn toàn với nhau (mối hàn có thể bằng đồng hoặc niken) tạo thành các ngăn/khe rãnh cho hai lưu chất nóng và lạnh chảy rối trong các ngăn/khe này. Ưu điểm của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm hàn kín là có thể chịu nhiệt độ cao lên đến 2000C và áp suất lên đến 30 bar.

Ưu điểm:

• Hiệu suất truyền nhiệt cao

• Chịu được áp suất làm việc và nhiệt độ làm việc rất cao.

• Tiết kiệm năng lượng.

• Kết cấu, lắp đặt gọn nhẹ.

• Giá thành đầu tư, lắp đặt cạnh tranh.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bán hàn kín

Về cơ bản, tương tự thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm ghép gioăng cao su, nhưng môi chất lạnh là gas. Cụ thể là:

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bán hàn kín có cấu tạo gồm các cặp tấm kim loại mỏng được hàn kín với nhau bằng laser. Các cặp tấm kim loại này được gọi là cặp cassette, cặp cassette được ghép xen kẽ với nhau bằng gioăng làm kín. Ở đây, môi chất khí gas (NH3) sẽ chảy trên bề mặt của cặp cassette và lưu chất còn lại sẽ chảy trong khe giữa các cặp cassette được nối với nhau bằng gioăng cao su tạo thành trao đổi nhiệt hai pha ( pha khí- pha lỏng).

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng bán hàn 

• Hiệu suất truyền nhiệt cao (diện tích truyền nhiệt lớn).

• Tiết kiệm năng lượng.

• Có thể tháo lắp vệ sinh và bảo trì dễ dàng.

• Phụ tùng thay thế đơn giản.

• Kết cấu, lắp đặt gọn nhẹ.

• Giá thành đầu tư, lắp đặt cạnh tranh.

• Dễ tăng công suất nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm lồng ống

Là thiết bị có kiểu trao đổi nhiệt giống ống chùm, cấu tạo bao gồm những tấm kim loại mỏng được hàn Tig/Mig với nhau tạo thành một khối và lồng trong ống hình trụ. Giữa các khe của tấm kim loại sẽ chứa khí gas (NH3) hoặc hóa chất và lưu chất còn lại sẽ chảy phong phần trống của vỏ hình trụ.

Dạng lống ống này có hai kiểu chính là hàn kín hoàn toàn và nắp có thể tháo lắp để vệ sinh dễ dàng.

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt dạng lồng ống:

• Dễ tháo lắp và tẩy rửa.

• Hiệu suất trao đổi nhiệt cao.

• Tiệm cận đối đa nhiệt độ.

• Đảm nhiệm nhiều chức năng trên cùng 1 thiết bị.

• Tránh ảnh hưởng từ môi trường.

• Ít cáu cặn.

• Giá thành thấp.

Hy vọng, qua bài viết này, bạn có thể đánh giá tổng quan về thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, để có thể chuyển đổi, lựa chọn phương án tối ưu nhất để mang lại nhiều giá trị cho nhà máy. Khi có nhu cầu tư vấn hoặc cung cấp thêm thông tin về thiết bị trao đổi nhiệt  xin vui lòng liên hệ với Lò Hơi Bách Khoa để đội ngũ chúng tôi được hỗ trợ quý khách hàng.

Công ty TNHH Năng Lượng Nhiệt Bách Khoa

Hỗ trợ kĩ thuật và tư vấn: 091 775 40 59 / 097 384 04 68

Website: https://lohoibachkhoa.com/ hoặc https://hex-boilers.com/