Bộ trao đổi nhiệt là gì? | Nguyên tắc làm việc, loại và tính toán

AMáy trao đổi nhiệtlà một bộ thiết bị kỹ thuật chuyên dụng được thiết kế để chuyển năng lượng nhiệt (nắng nóng) từ một chất lỏng sang chất lỏng khác mà không cần hai chất lỏng trộn lẫn.Chúng là xương sống của quản lý nhiệt trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp, xử lý mọi thứ từ dầu động cơ làm mát để điều chỉnh nhiệt độ cực đoan trong lò phản ứng hóa học và nhà máy điện.

Ở cấp độ cơ bản nhất, bộ trao đổi nhiệt hoạt động trênLuật thứ hai của nhiệt động lực học: nhiệt tự nhiên chảy từ một khu vực nhiệt độ cao đến một khu vực nhiệt độ thấp.

Trong một bộ trao đổi nhiệt điển hình, một chất lỏng nóng và một chất lỏng lạnh chảy qua các đường tiếp giáp nhưng tách biệt (thường là các ống hoặc tấm kim loại).Bức tường kim loại ngăn cách chúng đóng vai trò là một hàng rào dẫn điện caoNăng lượng nhiệt từ chất lỏng nóng dẫn thông qua hàng rào kim loại và được hấp thụ bởi chất lỏng lạnh, do đó làm mát dòng đầu tiên và làm nóng dòng thứ hai.

Để kích thước của một bộ trao đổi nhiệt chính xác, các kỹ sư phải tính toán tổng tốc độ chuyển nhiệt cần thiết cho quá trình này.

Bởi vì nhiệt độ của cả hai chất lỏng thay đổi khi họ đi qua thiết bị, sự khác biệt nhiệt độ không phải là ổn định.Sự khác biệt nhiệt độ trung bình logarithmic (LMTD)tính toán lực đẩy nhiệt độ hiệu quả trung bình trên toàn bộ chiều dài của bộ trao đổi:

Hướng đi của các chất lỏng tương đối với nhau ảnh hưởng đáng kể đến LMTD và hiệu quả tổng thể.

• Dòng chảy song song:Cả hai chất lỏng đi vào từ cùng một đầu và đi theo cùng một hướng.

• Phòng chống dòng:Các chất lỏng đi vào từ hai đầu đối diện, điều này duy trì một độ dốc nhiệt độ nhất quán hơn trên toàn bộ đơn vị.cho phép nhiệt độ thoát của chất lỏng lạnh cao hơn nhiệt độ thoát của chất lỏng nóngĐây là cách hiệu quả nhất.

Sử dụng công cụ dưới đây để hình dung sự khác biệt giữa Counter-Flow và Parallel-Flow.bạn có thể thấy cách sắp xếp dòng chảy thay đổi gradient nhiệt độ và LMTD kết quả.

Các quy trình công nghiệp khác nhau đòi hỏi các hình học khác nhau để xử lý các biến số như áp suất, độ nhớt và bẩn (sự tích tụ của các mảnh vỡ).

Hỏi: "Việc bẩn" trong một bộ trao đổi nhiệt là gì?

A: Bẩn là sự tích tụ của vật liệu không mong muốn (scale, tảo, trầm tích hóa học trên bề mặt chuyển nhiệt.giảm hệ số chuyển nhiệt (U) và buộc hệ thống phải làm việc chăm chỉ hơnCác kỹ sư quy trình phải thường xuyên lên lịch CIP (Sạch trong chỗ) hoặc chải ống cơ học để giảm thiểu điều này.

Hỏi: Tại sao các ống trong một máy trao đổi vỏ và ống có "bên"?

A: Các vây được thêm vào bên ngoài của ống để tăng bề mặt nhân tạo (A). Chúng được sử dụng nhiều khi chuyển nhiệt giữa chất lỏng và khí,bởi vì khí tự nhiên có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhiều so với chất lỏng.

Q: Những vật liệu nào được sử dụng để xây dựng bộ trao đổi nhiệt?

A: Nó hoàn toàn phụ thuộc vào chất lỏng quá trình.Xử lý hóa học hung hăng hoặc các ứng dụng dược phẩm tinh khiết cao yêu cầu thép không gỉ 316L, Titanium, hoặc hợp kim chuyên dụng như Hastelloy để ngăn ngừa ăn mòn và duy trì các tiêu chuẩn vệ sinh.