Các loại bộ trao đổi nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt là thiết bị quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau để truyền nhiệt giữa các chất lỏng. Chúng có thể được phân loại dựa trên thiết kế, sắp xếp dòng chảy và nguyên tắc hoạt động. Dưới đây là các loại chính:

1. Bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống
   • Sự miêu tả: Bao gồm một loạt các ống, một bộ mang chất lỏng nóng và bộ còn lại là chất lỏng lạnh, được bao bọc trong một cái vỏ.
   • Ưu điểm: Hiệu quả cao, ứng dụng linh hoạt, kết cấu chắc chắn phù hợp với áp suất và nhiệt độ cao
2. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm
   • Mô tả: Bao gồm nhiều tấm mỏng xếp chồng lên nhau, cho phép chất lỏng chảy trong các kênh xen kẽ.
   • Ưu điểm: Thiết kế nhỏ gọn, tốc độ truyền nhiệt cao, lý tưởng cho các ứng dụng có không gian hạn chế
3. Bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí
   • Mô tả: Sử dụng không khí xung quanh để làm mát chất lỏng, thường được tìm thấy trong các nhà máy điện và ngành công nghiệp hóa dầu.
   • Ưu điểm: Thân thiện với môi trường, không cần nước, bảo trì đơn giản
4. Bộ trao đổi nhiệt ống đôi
   • Mô tả: Có hai ống đồng tâm; một chất lỏng chảy qua đường ống bên trong trong khi một chất lỏng khác chảy trong không gian hình khuyên.
   • Ưu điểm: Thiết kế đơn giản và bảo trì dễ dàng, phù hợp với các ứng dụng nhỏ hơn
5. Regenerative Heat Exchanger
   • Mô tả: Luân phiên lưu trữ và giải phóng nhiệt từ chất lỏng nóng sang chất lỏng lạnh.
   • Ưu điểm: Hiệu quả cao nhưng có thể phức tạp và tốn kém để thiết kế
6. Scraped Surface Heat Exchanger
   • Mô tả: Được thiết kế cho chất lỏng có độ nhớt cao; liên tục cạo bề mặt truyền nhiệt để tránh bám bẩn.
   • Ưu điểm: Duy trì nhiệt độ ổn định, được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm và dược phẩm

Thiết kế quy trình của bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống

Thiết kế quy trình của bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống bao gồm một số bước quan trọng:

1. Cân nhắc thiết kế nhiệt
   • Xác định diện tích truyền nhiệt cần thiết dựa trên sự thay đổi nhiệt độ mong muốn và tốc độ dòng chảy.
   • Tính toán hệ số truyền nhiệt tổng thể xem xét các yếu tố bám bẩn và tính chất vật liệu.
2. Thông số thiết kế cơ khí
   • Lựa chọn vật liệu thích hợp cho ống và vỏ dựa trên điều kiện hoạt động (nhiệt độ, áp suất).
   • Thiết kế bố trí ống (ví dụ: số lần đòn, bước ống) để tối ưu hóa động lực học dòng chảy và hiệu quả truyền nhiệt
3. Cân nhắc về bám bẩn
   • Tính đến khả năng bám bẩn bằng cách chọn các phương pháp làm sạch thích hợp và thiết kế để dễ dàng tiếp cận các bó ống.
4. Lựa chọn chất lỏng
   • Chọn chất lỏng cho cả quy trình phía ống và mặt vỏ dựa trên các đặc tính nhiệt và khả năng tương thích với vật liệu được sử dụng

Các bước thiết kế ví dụ

• Tính toán tốc độ truyền nhiệt cần thiết $Q$ Sử dụng công thức:
  Q=U⋅A⋅ΔTlm​

  đâu U là hệ số truyền nhiệt tổng thể, $A$ là khu vực truyền nhiệt, và ΔTlm​ là chênh lệch nhiệt độ trung bình log

Bình ngưng và nồi hơi

Bình ngưng

• Các loại:
  1. Bình ngưng làm mát bằng không khí
  2. Bình ngưng làm mát bằng nước
  3. Bình ngưng vỏ và ống
• Cân nhắc thiết kế:
  • Tập trung vào tính toán chênh lệch nhiệt độ trung bình.
  • Đánh giá sự sụt giảm áp suất trên bình ngưng để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Nồi hơi

• Các loại:
  1. Nồi hơi ấm đun nước
  2. Nồi hơi Thermosiphon
• Cân nhắc thiết kế:
  • Đảm bảo chất lỏng bay hơi đầy đủ.
  • Tối ưu hóa hệ số truyền nhiệt dựa trên tính chất chất lỏng

Thiết kế của các thành phần này là không thể thiếu để đảm bảo quản lý nhiệt hiệu quả trong các quy trình hóa học, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể của hệ thống.