3. Thiết bị
1.2Thiết bị trao đổi nhiệt
32 Đây là loại thiết bị
trao đổi nhiệt dạng tấm, được ứng dụng rộng rãi để thanh trùng hay gia nhiệt/ làm lạnh các loại chất lỏng trong công nghệ sữa, thức uống, thực phẩm dạng lỏng hay nhớt.
Nguyên lý hoạt động
Thiết bị trao đổi nhiệt nhiều tấm kim loại gợn song ghép chặt với nhau tạo
thành 5 khu vực trao đổi nhiệt riêng biệt.
Hai vỉ liên tiếp ngăn cách nhau bằng một tấm kim loại dày gọi là tấm nối. Ngoài cùng thiết bị có 2 tấm kim loại dày hơn, to hơn tấm nối, gồm, thứ nhất là tấm khung được hàn chặt và bắt ốc vào bộ khung, thứ hai là tấm chịu áp. Người ta bố trí các thanh kim loại ở 2 bên thiết bị, có đai ốc ép chặt tấm khung và tấm chịu áp để giữ cho các tấm trao đổi nhiệt ép kín lại với nhau.
Các tấm truyền nhiệt được bố trí sao cho phân phối các dòng chảy vào giữa các khe song song ngược nhau.
Quá trình xảy ra trong thiết bị là truyền nhiệt gián tiếp qua tấm kim loại mỏng giữa 2 dòng lưu chất chuyển động ngược chiều theo 2 cơ chế:
Truyền nhiệt đối lưu trong lòng mỗi dòng lưu chất. Truyền nhiệt do dẫn nhiệt qua tấm kim loại.
Các tấm được chế tạo dạng lượn sóng để tạo dòng chảy rối, làm tăng hiệu quả truyền nhiệt.
33 Chi tiết các thiết bị:
Tấm trao đổi nhiệt là chi tiết quan trọng nhất trong thiết bị, đóng vai trò quyết định khả năng và hiệu quả truyền nhiệt của dòng chảy.
Tấm trao đổi nhiệt được làm bằng thép không rỉ, vật liệu thường sử dụng là thép không rỉ AISI 316 có pha titan hay SMO. Tấm này không chỉ cứng, chắc và tránh được ăn mòn mà còn có khả năng truyền nhiệt tốt từ môi trường ấm hơn qua bề mặt kim loại đến môi trường kia.
Các tấm kim loại trao đổi nhiệt có 4 lỗ tròn ở 4 gốc tạo đường dẫn cho lưu chất chạy qua. Phần còn lại được gia công lượn sóng để:
Viền ngoài tấm trao đổi nhiệt có các rãnh để ghép vòng đệm cao su vào, khi ép chặt hai tấm (một tấm có miếng đệm và một tấm không có miếng đệm) thì đệm này vừa có tác dụng bịt kín vừa có tác dụng bịt kín vừa có tác dụng định hướng dòng chảy vào những kênh xen kẽ nhau.
Tăng khả năng chảy rối khi dòng chảy chuyển động qua các gờ và khe, nhất là các gờ hình chữ V đặt ngược chiều nhau (nếu để dạng tấm phẳng thì dòng lưu chất dễ chảy màng), làm tăng khả năng truyền nhiệt.
Giúp tăng cường (nhất là kết cấu hình chữ V), nâng cao độ bền của tấm kim loại dưới áp suất cao của dòng chảy.
Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc để tăng hiệu quả truyền nhiệt Giảm hiệu ứng thành
Tuy nhiên có nhược điểm là khó loại bỏ cặn bẩn.
Có nhiều hình dạng của tấm trao đổi nhiệt đã được sử dụng: gờ ngang, gờ hình chữ V với góc nghiêng 600C, 300C… Tấm trao đổi nhiệt được chia thành 2 loại:
Tấm A: có các rãnh hình chữ V đặt xuôi Tấm B: có các rãnh hình chữ V đặt ngược
34 Do cấu tạo của 2 tấm A và B là hoàn toàn giống nhau nên khi đảo ngược tấm A ta sẽ được tấm B và ngược lại. Khi lắp ghép, người ta ghép tấm A và tấm B xen kẽ.
Số lượng tấm trong khu vực trao đổi nhiệt quyết định bởi diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết, tốc độ dòng chảy, tính chất vật lý của lưu chất, độ giảm áp và chế độ nhiệt độ của quy trình công nghệ.