Giới thiệu
Thiết bị trao đổi nhiệt phối hợp kiểu tấm bản và ống chùm kết hợp được những ưu điểm của cả hai dạng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản và kiểu ống chùm trong khi vẫn giữ được hình dáng bên ngoài của thiết bị trao đổi nhiệt ở chừng mực nào đó giống như thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng này bao gồm một vỏ hình trụ bên trong lắp các tấm trao đổi nhiệt được hàn kín với nhau từng đôi một. Hình dạng của thiết bị trao đổi nhiệt phối hợp kiểu tấm bản và ống chùm được minh họa trong hình H-2.34.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động
Thiết bị trao đổi nhiệt phối hợp tấm bản và ống chùm hoạt động theo nguyên lý trao đổi nhiệt giữa hai lưu thể chuyển động ngược chiều nhau. Một lưu thể chuyển động phía trong bản mỏng và một lưu thể chuyển động phía bên ngoài vỏ thiết bị.
Dòng lưu thể chuyển động phía trong bản mỏng giống như trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản, còn dòng lưu thể chuyển động phía vỏ có chiều chuyển động và phân dòng như trong thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Để hình thành không gian cho lưu thể chuyển động phía bản mỏng, hai tấm kim loại hình tròn được dâp gân nổi sau đó hàn mép lại với nhau hình thành kênh kín chứa lưu thể. Lưu thể thứ hai chuyển động phía vỏ sẽ đi vào phần không gian giữa các cặp đĩa hàn kín. Quá trình truyền nhiệt thực hiện tại bề mặt của các đĩa trao đổi nhiệt. Dòng lưu thể chảy phía vỏ thiết bị cũng được phân dòng như thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm để tăng hiệu quá quá trình truyền nhiệt. Thông thường, lưu thể có nhiệt độ cao hơn sẽ được bố trí chảy phía trong bản mỏng (đĩa trao đổi nhiệt) còn lưu thể có nhiệt độ thấp hơn thì được bí trí chuyển động phía vỏ. Sơ đồ nguyên lý hoạt động và cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt phối hợp tấm bản và ống chùm được minh họa trong hình H-2.35.
.jpg)
Hình H-2.35- Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt phối hợp tấm bản và ống chùm
Cấu tạo
Thiết bị trao đổi nhiệt phối hợp tấm bản và ống chùm bao gồm hai phần chính:
Phần lõi trao đổi nhiệt (tấm bản);
Phần vỏ.
Sơ đồ cấu tạo của thiết bị này được minh họa trong hình H-2.35.
Phần vỏ
Phần vỏ thiết bị trao đổi nhiệt này bao gồm hai bộ phận chính: Phần thân hình trụ dài có nắp kín hai đầu và các vách ngăn dòng. Vỏ thiết bị có chức năng chính:
Chứa và định hướng dòng lưu thể chuyển động phía vỏ;
Chứa lõi trao đổi nhiệt.
Vỏ thiết bị có thể là kết cấu hàn hoặc gắn mặt bích nhằm thuận lợi cho việc vệ sinh thiết bị phần vỏ.
Phần lõi trao đổi nhiệt
Lõi trao đổi nhiệt được cấu tạo từ nhiều cặp đĩa trao đổi nhiệt hình tròn hàn kín với nhau từng đôi một. Mỗi cặp đĩa hàn kín này tạo ra một khoang cho lưu thể chảy trong bản mỏng. Khi các cặp đĩa này được ghép sát lại gần nhau sẽ hình thành khe hẹp cho lưu thể phía vỏ đi qua. Các lưu thể chuyển động qua các khe hẹp phía trong bản mỏng và phía ngoài bản mỏng (phía vỏ) quá trình trao đổi nhiệt sẽ diễn ra. Một ống phân phối lưu thể chảy phía trong bản mỏng và một ống thu gom lưu thể này sau khi trao đổi nhiệt được hàn cứng cùng với các cặp đĩa trao đổi nhiệt để hình thành kết cấu lõi trao đổi nhiệt vững chắc. Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt, người ta lắp thêm các vách ngăn dòng chảy của lưu thể chảy phía vỏ. Các vách ngăn dòng này chia lõi trao đổi nhiệt thành từng vùng khác nhau. Nhìn chung, khoảng cách giữa các vách ngăn dòng được bố trí sao cho số đĩa trao đổi nhiệt giữa các vách ngăn bằng nhau. Sơ đồ cấu tạo của lõi trao đổi nhiệt được minh họa ở hình H-2.35.
Phạm vi áp dụng
Ứng dụng
Thiết bị trao đổi nhiệt kết hợp tấm bản và ống chùm được sử dụng cho các lưu thể có tính ăn mòn cao như a-xit mà các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản truyền thống khác có sử dụng vòng đệm bít kín không dùng được. Thiết bị trao đổi nhiệt này còn có khả năng chống lại được các sung về nhiệt độ và áp suất nhờ độ cứng và kết cấu vững chắc của thiết bị.
Thiết bị trao đổi nhiệt kết hợp tấm bản và ống chùm được sử dụng cho các quá trình công nghệ sau:
Gia nhiệt;
Làm mát (bao gồm cả trong công nghệ siêu lạnh);
Tận dụng nhiệt thải;
Quá trình bay hơi và ngưng tụ.
Chế độ hoạt động
Khoảng hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt kết hợp tấm bản và ống chùm rất rộng và trong điều kiện công nghệ tương đối khắc nghiệt. Thiết bị này có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ đến 900 0C và ở áp suất tới 100Kg/cm2.
So sánh với thiết bị trao đổi nhiệt truyền thống
Với cùng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt và công suất truyền nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt kết hợp tấm bản và ống chùm có kích thước nhỏ hơn so thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm do mật độ bề mặt truyền nhiệt và thể tích riêng của thiết bị này cao hơn. Thiết bị trao đổi nhiệt này chỉ chiếm khoảng 20-30% diện tích cần thiết cho lắp đặt so với thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm có công suất tương đương.