Các tiêu chí lựa chọn bộ thiết bị trao đổi nhiệt: Làm thế nào để chọn bộ phù hợp nhất – Phần 1

Với nhiều thiết kế bộ thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau trên thị trường, việc lựa chọn thiết kế bộ thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp nhất để truyền nhiệt giữa các chất lỏng đòi hỏi phải có một số hiểu biết về sự khác biệt giữa các kiểu bộ thiết bị trao đổi nhiệt.

Trong bài đăng này, chúng tôi thảo luận về các đặc điểm chính của:

• Bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
• Bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm
• Bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng cạo vét bề mặt

Một câu hỏi quan trọng khi lựa chọn bộ thiết bị trao đổi nhiệt luôn là “Quy trình của tôi yêu cầu loại bộ thiết bị trao đổi nhiệt nào?”

Các yêu cầu của quy trình xuất phát từ các đặc tính cơ bản của chất lỏng đã qua xử lý như độ nhớt và các hạt. Các quy trình cũng có yêu cầu về công suất nhiệt hoặc lượng nhiệt phải truyền giữa các chất lỏng và sự thay đổi nhiệt độ phải xảy ra vào cuối quy trình.

Khi có thể, sử dụng bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là lựa chọn đúng đắn vì chúng là lựa chọn hiệu quả nhất và ít tốn kém nhất. Tuy nhiên, khi chất lỏng có độ nhớt cao (đặc) hoặc bao gồm các hạt, bộ trao đổi dạng ống có thể hiệu quả hơn.

Bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng cạo vét bề mặt là lựa chọn đắt nhất; chúng cũng là lựa chọn hiệu quả nhất khi chất lỏng cực kỳ đặc hoặc chứa các hạt lớn. Cạo vét bề mặt có thể được sử dụng cho tất cả các sản phẩm, nhưng chúng có chi phí cao hơn nhiều và công suất thấp hơn.

Các đặc điểm chính của chất lỏng đã qua xử lý khi sử dụng bộ thiết bị trao đổi nhiệt

Truyền nhiệt bên trong bộ thiết bị trao đổi nhiệt dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ ở cả hai chất lỏng, làm giảm nhiệt độ của chất lỏng ấm hơn và làm tăng nhiệt độ của chất lỏng lạnh hơn. Các đặc tính của chất lỏng quyết định một phần loại bộ thiết bị trao đổi nhiệt cho ứng dụng.

Các loại chất lỏng bao gồm:

• Nước
• Dầu
• Sữa
• Mỹ phẩm
• Dược phẩm

Việc lựa chọn môi trường truyền nhiệt rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến hiệu quả và thiết kế của bộ thiết bị trao đổi nhiệt.

Các đặc tính nhiệt của chất lỏng bao gồm:

• Nhiệt độ
• Độ axit
• Tốc độ dòng chảy
• Độ ăn mòn
• Độ nhớt

Bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm xử lý chất lỏng có độ nhớt từ thấp đến trung bình ở tốc độ dòng chảy cao hơn so với các mô hình dạng ống hoặc dạng cạo vét bề mặt.

Độ ăn mòn của chất lỏng là một cân nhắc quan trọng vì tác động của chúng lên các thành phần của bộ thiết bị trao đổi nhiệt. Than chì được sử dụng cho một số ứng dụng công nghiệp và dược phẩm nếu sản phẩm có tính ăn mòn. Khi chất lỏng có hàm lượng muối cao, vật liệu chống ăn mòn hơn nữa như titan được khuyến nghị để chế tạo bộ thiết bị trao đổi nhiệt.

Các nhà sản xuất bộ thiết bị trao đổi nhiệt thường yêu cầu thêm thông tin chi tiết về chất lỏng trước khi họ có thể cung cấp báo giá chính xác, bao gồm:

• Tải nhiệt
• Chương trình nhiệt độ
• Tính chất vật lý của chất lỏng đang được đề cập (nếu không phải là sản phẩm tiêu chuẩn như sữa, nước hoặc bia, chẳng hạn)
• Áp suất làm việc mong muốn
• Độ giảm áp suất tối đa được phép
• Áp suất hơi khả dụng

Cân nhắc đến các giai đoạn của bộ thiết bị trao đổi nhiệt

Bộ thiết bị trao đổi nhiệt được chia thành hai loại cơ bản dựa trên chất lỏng (chất lỏng hoặc khí) đang được xử lý.

• Bộ thiết bị trao đổi nhiệt một pha chỉ xử lý một pha – chất lỏng hoặc khí
• Bộ thiết bị trao đổi nhiệt hai pha có thể được sử dụng để đun sôi chất lỏng thành khí. Các thiết bị như vậy đôi khi được gọi là nồi hơi. Chúng cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng ngưng tụ và bay hơi.

Trong cả bộ thiết bị trao đổi nhiệt một pha và hai pha, dòng chảy hiệu quả của chất lỏng nóng và lạnh là điều cần thiết để truyền nhiệt tối ưu.

Các thiết bị được cấu hình để làm mát khí để chúng ngưng tụ thành chất lỏng được gọi là bình ngưng.