Trong điều kiện sản xuất hiện nay, nhất là trong các ngành công nghiệp 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 quan trọng trong các nhà máy sản xuất. Chúng được coi là những lao động năng suất và hiệu quả. Vậy thiết bị trao đổi nhiệt là gì? Chúng được ứng dụng và phân loại như thế nào? Cùng Apolytech tìm câu trả lời trong bài viết này nhé!

1. 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. 

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

2. Ứng dụng của bộ 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.
• 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.
• 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,…
• 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.
• 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.

3. 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:

a. Phân loại bộ trao đổi nhiệt dựa theo cấu trúc

Bộ trao đổi nhiệt dạng ống chùm (Shell & Tube Heat  Exchanger)

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.

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 ống chùm có thể là dòng chảy cùng chiều, dòng chảy ngang hoặc dòng chảy xoắn ốc.

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (Plate type heat exchanger)

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 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng mặt phẳng:

• 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 ℃.

b. 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.

c. 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.

d.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.

THÔNG TIN LIÊN HỆ

Hotline: 0917 552 999 – 0912648739 – Email: am@apolytech.com

Địa Chỉ: Số 10, Ấp 2, Xã Nhựt Chánh, Huyện Bến Lức – Tỉnh Long An