Thiết bị trao đổi nhiệt hay bộ trao đổi nhiệt triển khai các quy trình trao đổi nhiệt giữa các chất mang nhiệt. Trong các quy 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 cập 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 .
Thiết bị trao đổi nhiệt là gì
Quá trình truyền nhiệt giữa các lưu chất với nhau trải qua các thiết bị đã được con người sử dụng từ rất lâu để ứng dụng vào các quy trình sản xuất. Do thường thì, nhiệt hoàn toàn có thể sống sót ở các trạng thái không mong ước nên cần phải được quy đổi thành các trạng thái tương thích với mục tiêu sử dụng. Từ đây, các thiết bị trao đổi nhiệt sinh ra với nhiều chủng loại khác nhau, tương thích với từng quy trình sản xuất .
Có thể hiểu đơn thuần thiết bị trao đổi nhiệt là một thiết bị dùng để truyền nhiệt từ một nơi, một chất, một thiên nhiên và môi trường này sang một nơi, một chất, một thiên nhiên và môi trường khác. Tùy vào các mục tiêu khác nhau mà quy trình hoàn toàn có thể là làm lạnh hoặc làm nóng .
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. Trực tiếp có thể là các quá trình làm mát nước bằng không khí, nơi mà hai hệ tương tác trực tiếp với nhau. 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 quy trình trao đổi nhiệt gián tiếp trải qua mặt phẳng sắt kẽm kim loại là thông dụng hơn vì chúng phòng tránh được sự nhiễm bẩn giữa hai môi trường tự nhiên, từ đó làm cho quy trình trở nên hiệu suất cao hơn .
Ngày nay, quy trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa diễn ra với vận tốc chóng mặt yên cầu các quy trình truyền nhiệt cũng phải được nâng cấp cải tiến theo để tương thích với các ứng dụng mới và đặc trưng. Các thiết bị trao đổi nhiệt cũng vì đó mà phải luôn được nâng cấp cải tiến, làm mới để các quy trình diễn ra nhanh hơn, bảo đảm an toàn hơn và hiệu suất cao hơn .
Vật liệu nào dẫn nhiệt tốt nhất
Bạn hoàn toàn có thể nghĩ rằng các bộ trao đổi nhiệt luôn cần phải được làm bằng sắt kẽm kim loại, vật tư này nhanh gọn hấp thụ và dẫn nhiệt. Nhưng bộ trao đổi nhiệt cũng hoàn toàn có thể được làm bằng gốm sứ, vật tư tổng hợp ( dựa trên sắt kẽm kim loại hoặc gốm sứ ), và thậm chí còn cả chất dẻo ( polyme ) .
Tất cả những vật tư này đều có ưu điểm của chúng. Gốm sứ là một lựa chọn đặc biệt quan trọng tốt cho các loại ứng dụng nhiệt độ cao ( trên 1000 °C ). Vì với nhiệt độ này sẽ làm tan chảy các sắt kẽm kim loại như đồng, sắt và thép, mặc dầu chúng cũng phổ cập để sử dụng với chất lỏng ăn mòn và mài mòn ở nhiệt độ cao hoặc thấp .
Nhựa thường có khối lượng và ngân sách thấp hơn sắt kẽm kim loại, chống ăn mòn và bám bẩn, đồng thời hoàn toàn có thể được phong cách thiết kế để có tính dẫn nhiệt tốt, mặc dầu chúng có xu thế yếu về mặt cơ học và hoàn toàn có thể bị phân hủy theo thời hạn .
Thực tế mà nói, nhựa trọn vẹn không thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao, nhưng bộ trao đổi nhiệt với cấu trúc từ nhựa hoàn toàn có thể là một lựa chọn tốt cho những ứng dụng như dẫn nước gia nhiệt hồ bơi hoặc vòi hoa sen, hoạt động giải trí ở nhiệt độ phòng hàng ngày .
Bộ trao đổi nhiệt composite tích hợp các tính năng tốt nhất của vật tư gốc của chúng — ví dụ điển hình như tính dẫn nhiệt cao của sắt kẽm kim loại với khối lượng giảm và năng lực chống ăn mòn tốt hơn của nhựa .
Ngoài ra, có nhiều khu công trình nghiên cứu và điều tra hiện đang được thực thi để tìm ra những vật tư mê hoặc hơn nữa trong tản nhiệt. Ví dụ, ống nano carbon ( các tấm carbon mỏng mảnh hình lục giác được quấn xung quanh để làm “ ống ” ), có đặc tính dẫn nhiệt đáng kinh ngạc và đã được sử dụng trong các tản nhiệt của thiết bị điện tử .
Tổng quan về các loại thiết bị trao đổi nhiệt
Sở dĩ, các thiết bị trao đổi nhiệt ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong ngành thực phẩm là vì nhu yếu ngày một cao của con người về các loại sản phẩm chất lượng. Thực phẩm và đồ uống nếu được giải quyết và xử lý nhiệt một cách triệt để sẽ loại bỏ đi được các vi trùng, vi sinh vật có hại, từ đó sẽ lê dài thời hạn dữ gìn và bảo vệ loại sản phẩm cũng như làm ngày càng tăng chất lượng của chúng .
Bên cạnh đó, các quy trình truyền nhiệt cũng cần phải nhanh gọn và hiệu suất cao để hạn chế tối đa các ảnh hưởng tác động đến chất lượng dinh dưỡng và mặt cảm quan của loại sản phẩm, đồng thời cũng giảm thiểu được ngân sách nguyên vật liệu và tiết kiệm chi phí thời hạn .
Trong ngành thực phẩm và đồ uống, có rất nhiều dạng thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng, tiêu biểu vượt trội 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 quy trình trao đổi nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống được phong cách thiết kế gồm có một ống nhỏ được xác định đồng tâm và đặt bên trong một ống lớn hơn. Thiết kế ống kép như vậy được cho phép dòng lưu chất chảy không hạn chế, rất tương thích để ứng dụng cho các mẫu sản phẩm có độ nhớt cao. Trong ngành thực phẩm, nó được ứng dụng để trao đổi nhiệt cho các loại 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 thông dụng và thường gặp trong ngành chế biến thực phẩm. Nó có cấu trúc gồm nhiều ống nhỏ được bó với nhau thành một chùm ống và được bọc bên trong một vỏ ống lớn. Với phong cách thiết kế như vậy sẽ làm ngày càng tăng hiệu suất cao 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 hoàn toàn có thể được xác lập theo nhiều cách. Và một số ít yếu tố hoàn toàn có thể tác động 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 biểu lộ tính linh động và hiệu suất thao tác cao. Chúng trở thành bộ trao đổi nhiệt được sử dụng thông dụng. Những ưu điểm chính của bộ trao đổi nhiệt dạng ống hoàn toàn có thể kể tên như sau :
– Ngân sách chi tiêu bảo dưỡng thấp
– Áp lực thao tác cao
– Nhiệt độ thao tác cao
– Phù hợp các loại sản phẩm dạng hạt hoặc sợi
– Đáp ứng các tiêu chuẩn trong quy trình tiến độ vô trùng
– Dễ dàng kiểm tra và tháo gỡ
Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt
Các thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay không chỉ đơn thuần ứng dụng trong các quá trình sản xuất công nghiệp, mà còn trong các ứng dụng đời sống hàng ngày.
Đặc biệt trong số đó, trong vòng vài thập kỷ gần đây, các thiết bị trao đổi nhiệt ứng dụng trong ngành thực phẩm và đồ uống được tăng trưởng rất can đảm và mạnh mẽ vì nhu yếu ngày càng cao của con người. Các ứng dụng nổi bật hoàn toàn có thể kể đến như :
-
- Được sử dụng rộng rãi trong sưởi ấm không gian. Nó còn được dùng trong điện lạnh, điều hòa nhiệt độ, nhà máy điện, nhà máy hóa chất. Các nhà máy hóa dầu, khí tự nhiên, chế biến và xử lý nước thải cũng được sử dụng nhiều
- Các quá trình thanh trùng, tiệt trùng sữa hay các sản phẩm từ sữa như: kem, yogurt, bơ, váng sữa, phô mai
- Các quá trình cần làm lạnh hoặc làm nóng các thức uống như: bia, nước ngọt, nước ép trái cây, rượu vang, trái cây xây nguyễn dạng puree
- Các quá trình cần thanh trùng, làm nóng các loại thực phẩm như: tương ớt, tương cà, dầu thực vật, bơ thực vật, caramel, chocolate, sốt
- Các quá trình cô đặc đường, nước ép trái cây, nước cốt dừa, sữa dữa, nước dừa tươi
- Các quá trình cần làm lạnh, cấp đông nhanh các sản phẩm thịt, cá, thủy hải sản…
Các bạn đang tìm kiếm về một thiết bị trao đổi nhiệt ? Hãy liên hệ với Thái Khương để được tư vấn và tương hỗ nhanh gọn. Một số dòng loại sản phẩm trao đổi nhiệt tiêu biểu vượt trội như thông tin bên dưới mà bạn hoàn toàn có thể tìm hiểu thêm qua !
Thiết bị trao đổi nhiệt
