Category Archives: Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt

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.

Thiết bị trao đổi nhiệt là gì

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.

Thiết bị trao đổi nhiệt

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.

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 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.

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.

Quá trình trao đổi nhiệt

Vật liệu nào dẫn nhiệt tốt nhất

Bạn có thể nghĩ rằng các bộ trao đổi nhiệt luôn cần phải được làm bằng kim loại, vật liệu này nhanh chóng hấp thụ và dẫn nhiệt. Nhưng bộ trao đổi nhiệt cũng có thể được làm bằng gốm sứ, vật liệu tổng hợp (dựa trên kim loại hoặc gốm sứ), và thậm chí cả chất dẻo (polyme).

Tất cả những vật liệu này đều có ưu điểm của chúng. Gốm sứ là một lựa chọn đặc biệt tốt cho các loại ứng dụng nhiệt độ cao (trên 1000°C). Vì với nhiệt độ này sẽ làm tan chảy các kim loại như đồng, sắt và thép, mặc dù chúng cũng phổ biến để sử dụng với chất lỏng ăn mòn và mài mòn ở nhiệt độ cao hoặc thấp.

Nhựa thường có trọng lượng và chi phí thấp hơn kim loại, chống ăn mòn và bám bẩn, đồng thời có thể được thiết kế để có tính dẫn nhiệt tốt, mặc dù chúng có xu hướng yếu về mặt cơ học và có thể bị phân hủy theo thời gian.

Thực tế mà nói, nhựa hoàn toàn không thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao, nhưng bộ trao đổi nhiệt với kết cấu từ nhựa có thể là một lựa chọn tốt cho những ứng dụng như dẫn nước gia nhiệt bể bơi hoặc vòi hoa sen, hoạt động ở nhiệt độ phòng hàng ngày.

Bộ trao đổi nhiệt composite kết hợp các tính năng tốt nhất của vật liệu gốc của chúng — chẳng hạn như tính dẫn nhiệt cao của kim loại với trọng lượng giảm và khả năng chống ăn mòn tốt hơn của nhựa.

Ngoài ra, có nhiều công trình nghiên cứu hiện đang được thực hiện để tìm ra những vật liệu thú vị hơn nữa trong tản nhiệt. Ví dụ, ống nano carbon (các tấm carbon mỏng 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 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

Bộ 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 ống

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

Bộ 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

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.

Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt

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 phát triển rất mạnh mẽ vì nhu cầu ngày càng cao của con người. Các ứng dụng điển hình 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 hỗ trợ nhanh chóng. Một số dòng sản phẩm trao đổi nhiệt tiêu biểu như thông tin bên dưới mà bạn có thể tham khảo qua!