bài giảng thiết bị trao đổi nhiệt chương 2 đun nóng – làm nguội – ngưng tụ

Chương 2
Đun nóng – Làm Nguội – Ngưng tụ
GV: TS. Nguyễn Minh Tân
Bộ mơn QTTB CN Hóa – Thực phẩm


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Thiết bị trao đổi nhiệt: các thiết bị dùng để thực hiện quá trình truyền nhiệt gọi là
thiết bị trao đổi nhiệt
Loại gián tiếp Nhiệt truyền từ chất tải nhiệt này tới chất tải nhiệt khác qua bề
mặt phân cách ( bề mặt truyền nhiệt):
- loại có vỏ bọc
- loại ống
- loại tấm
- loại xoắn ốc
- loại ống gân
Loại đệm Quá trình trao đổi nhiệt thực hiện trên cùng một bề mặt của vật rắn và
tiến hành theo hai giai đoạn nối tiếp nhau. Thoạt tiên cho chất tải nhiệt nóng tiếp
xúc với bề mặt vật rắn (đệm), vật rắn sẽ được đun nóng lên đến một nhiệt độ cần
thiết, khi đó ngừng cung cấp chất tải nhiệt nóng, cho chất tải nhiệt lạnh vào, vật
rắn sẽ truyền nhiệt cho chất tải nhiệt lạnh
Loại trực tiếp (hỗn hợp) - Hai chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với nhau
QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

2


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Loại vỏ bọc

- Truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị
- Sử dụng khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng,
- Chiều cao của vỏ ngồi khơng
được thấp hơn mực chất lỏng trong
thiết bị
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn quá
10m2, và áp suất làm việc của hơi
đốt không quá 10 at
- Đặt cánh khuấy để tăng tốc độ tuần
hoàn
-Khi cần làm việc ở áp suất cao thì
vỏ bọc ngồi cần phải có cấu tạo
đặc biệt (áp suất làm việc ở đây có
thể đến 75 at)

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

3


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Loại vỏ bọc
- Truyền nhiệt gián tiếp qua vỏ thiết bị
- Sử dụng khi đun nóng hoặc làm lạnh các thiết bị phản ứng,

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

4


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
Loại vỏ bọc

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

5


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
ống xoắn ruột gà
- Cấu tạo gồm các đoạn ống thẳng nối với nhau
bằng ống khuỷu gọi là xoắn gấp khúc., hoặc các ống
uốn cong theo hình ren ốc gọi là ống xoắn ruột gà. Khi
làm việc một chất tải đi trong ống, cịn một chất tải
nhiệt khác đi ngồi ống
- Hệ số cấp nhiệt phía trong ống xoắn thường lớn
hơn ống thẳng một ít
- Ưu điểm là thiết kế đơn giản, có thể làm bằng
những vật liệu chống ăn mịn, dễ kiếm tra và sửa
chữa.
- Nhược điểm cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ do
hệ số cấp nhiệt phía ngồi bé, khó làm sạch phía
trong ống, trở lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng

- Chất lỏng cho vào từ dưới lên để ống xoắn ln
chứa đầy cịn hơi thì cho từ trên xuống để tránh va
đập thuỷ lực.
QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

6


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
ống xoắn ruột gà

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

7


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
ống tưới
- Dùng để làm nguội và ngưng tụ,
chất lỏng phun ở ngoài đường ống
là nước lạnh
-Nước tưới ở ngoài ống chảy lần
lượt từ trên xuống dưới ống rồi vào
thùng chứa

- Khi trao đổi nhiệt sẽ có một phần
nước bay hơi
( khoảng 1 - 2 % lượng nước đưa
vào tưới). Khi bay hơi như vậy nó
sẽ lấy một phần nhiệt từ chất tải
nhiệt nóng ở trong ống, do đó
lượng nước dùng làm nguội ở đây
ít hơn so với các loại thiết bị làm
nguội khác.
QTTB II 01

Thùng chứa

TS. Nguyễn Minh Tân

8


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
ống tưới

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

9


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

LOẠI ỐNG
ống tưới
Lượng nước bay hơi được xác định
gần đúng:
Bề mặt bay
hơi

G = Fψ ( x2 − x1 )
Nhiệt dung
riêng

Hệ số bay hơi
Hàm ẩm của
khơng khí

CU .0,4
Hệ số cấp nhiệt phía ngồi ống: α = 0, 294
0, 6
dn
Mật độ tưới

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

10


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG

ống lồng ống
- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau
mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau
-Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên
còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ
trên xuống
- Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm
việc song song.
-Ưu điểm:
+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể
tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải
nhiệt
+ Cấu tạo độ đơn giản
nhược điểm: cồng kềnh, giá thành
cao, khó làm sạch khoảng trống giữa
hai ống
QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

11


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
ống lồng ống
- Cấu tạo: gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau
mỗi đoạn có hai ống lồng vào nhau
-Chất tải nhiệt l đi trong ống từ dưới lên
còn chất tải nhiệt II đi trong ống ngoài từ

trên xuống
- Khi năng suất lớn, đặt nhiều dãy làm
việc song song.
-Ưu điểm:
+ Hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể
tạo ra tốc độ lớn cho cả hai chất tải
nhiệt
+ Cấu tạo độ đơn giản
nhược điểm: cồng kềnh, giá thành
cao, khó làm sạch khoảng trống giữa
hai ống
QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

12


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
ống chùm

- Cấu tạo: gồm có vỏ hình trụ 1 hai đầu hàn hai lưới ống 2, các ống
truyền nhiệt 3 được ghép chắc, kín vào lưới ống. Đáy và nắp nối với vỏ
bằng mặt bích có bulơng ghép chắc. Trên vỏ, nắp và đáy có cửa ( ống nối )
để dẫn chất tải nhiệt. Thiết bị được cài đặt trên giá đỡ bằng tai treo hàn
vào vỏ.
- Các ống lắp trên lưới ống cần phải kín bằng cách nong hoặc hàn, đơi khi
người ta cịn dùng đệm để ghép kín
-Ưu điểm:

+ kết cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt
QTTB II 01
TS. Nguyễn Minh Tân
13


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
Các cách bố trí ống

Đường kính ống

D = t (b − 1) + d n + ( t − d n ) , m
Khi xếp theo hình 6 cạnh
QTTB II 01

b = 2a − 1

TS. Nguyễn Minh Tân

Số ống trên một cạnh
của hình 6 cạnh lớn
14 nhất


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG
Chia ngăn trong thiết bị ống chùm
- Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, thường
chia thiết bị ra làm nhiều ngăn

- Khi chia ngăn ngang đối với chất tải nhiệt đi ngoài ống, ngoài tác dụng tăng
tốc độ cịn có tác dụng làm cho chất tải nhiệt đi chéo góc vơí phương của trục
ống truyền nhiệt (nhưng tốc độ tăng không tỷ lệ với các ngăn)

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

15


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
LOẠI ỐNG CHÙM

a: Vòng bù giãn nở
b: Đầu phao hở

Bù giãn nở

c: Đầu phao kín
d: Loại hộp đệm
e: Loại chữ U
g: Loại ống kép

Thiết bị ống chùm khi ống lắp chắc vào
lưới đỡ ống chỉ làm việc ổn định khi hiệu
số nhiệt độ giưã vỏ thiết bị và ống không
quá 50 độ C, nếu vượt quá giới hạn này
ống hoặc vỏ thiết bị biến dạng do sự giãn
nở không đều nhau. Khi thiết bị làm việc

có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa vỏ và
ống thiết bị, cần cấu tạo thêm bộ phận bù
giãn nở.
QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

16


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ LOẠI TẤM

- Bề mặt truyền nhiệt làm bằng các
tấm kim loại, các khe giữa các tấm
tạo thành hai hệ thống không thông
với nhau
- Ưu diểm: gọn, tốc độ chất tải
nhiệt hai phía đều lớn
-Nhược điểm: khơng làm việc được
ở áp suất cao, khó ghép kín
- Được dùng để trao đổi nhiệt ở áp
suất thường, chủ yếu là để đốt nóng
khơng khí bằng khói lị.
- Dùng để trao đổi nhiệt giữa các
khí trong hệ thống lạnh thâm độ

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

17


2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ LOẠI Ống xoắn ốc
- Loại này bề mặt truyền nhiệt làm
bằng những tấm kim loại cuốn theo
dạng xoắn ốc .Thiết bị gồm hai tấm
kim loại 1 và 2 , đầu trong của hai
tấm kim loại này được hàn vào tấm
ngăn 3, giữa hai tấm 1 và 2 tạo
thành một khe có tiết diện hình chữ
nhật, chất tải nhiệt sẽ đi trong các
khe đó. Hai đầu thiết bị được ghép
kín bằng nắp 4
- Ưu diểm: gọn và có tốc độ lớn,
hai chất tải nhiệt có thể chuyển
động ngược chiều nhau hồn tồn,
trở lực thuỷ lực nhỏ hơn trong ống
chùm
-Nhược điểm: chế tạo và sửa chữa
phức tạp, không làm việc được ở
áp suất cao trên 6 at ( cấu tạo đặc
biệt có thể làm việc được 10 at) Nguyễn Minh Tân
QTTB II 01
TS.

18

2.2.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
THIẾT BỊ LOẠI Ống có gân
- Khi truyền nhiệt giữa hai chất tải nhiệt
mà hệ số cấp nhiệt một phía rất nhỏ so
với phía kia thì ta cần tăng bề mặt truyền
nhiệt ở phía có α nhỏ để tăng hiệu quả
truyền nhiệt bằng cách thêm các gân lên
bề mặt truyền nhiệt
- Cách bố trí gân cũng phải chú ý chiều
chuyển động của khí để khí có thể đi sâu
vào giữa các gân, gân phải làm bằng vật
liệu dẫn nhiệt tốt - - Thiết bị truyền nhiệt
loại ống có gân thường có hai kiểu: gân
dọc và gân ngang. Khi truyền nhiệt giữa
hai chất khí, nghĩa là α1 và α2 đều nhỏ,
cấu tạo gân ở cả hai bên, trường hợp
này gân thường có dạng hình kim 3 gọi
là thiết bị truyền nhiệt hình kim

QTTB II 01

TS. Nguyễn Minh Tân

19