Evaporator là bộ phận quan trọng của hệ thống trao đổi nhiệt. Evaporator có mặt trong nhiều thiết bị công nghiệp nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu evaporator là gì, cách nó hoạt động cũng như những ứng dụng phổ biến trong thực tế.
1. Evaporator là gì?
Bay hơi là một quá trình được sử dụng để cô đặc dung dịch của một dung môi. Dung môi thường là nước. Dung môi được hóa hơi thêm để tạo ra dung dịch cô đặc. Bay hơi rất khác so với chưng cất vì bay hơi không liên quan đến việc tách hơi thành các thành phần. Một thiết bị bay hơi (evaporator) bao gồm một bộ trao đổi nhiệt, van, ống phân phối, bộ điều khiển, máy bơm và bình ngưng.
Evaporator được sử dụng trong nhiều quy trình khác nhau bao gồm dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, bột giấy và giấy, hóa chất, polyme và nhựa, muối vô cơ, axit, bazơ và nhiều thứ khác.
Trong hệ thống làm lạnh, evaporator (dàn bay hơi) đóng vai trò quan trọng, có nhiệm vụ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh để chuyển chất làm lạnh từ thể lỏng sang thể khí. Evaporator hấp thụ nhiệt từ khu vực cần làm mát. Khi chất làm lạnh trong hệ thống chiếm khu vực này, nó sẽ chuyển thành khí. Nhiệt được truyền qua bề mặt của các ống làm lạnh trong hệ thống khiến nhiệt độ xung quanh bộ bay hơi giảm xuống.
2. Nguyên lý hoạt động của evaporator
Evaporator được sử dụng trong các ngành công nghiệp để cô đặc sản phẩm thông qua quá trình bốc hơi nước. Máy bay hơi có thể có phạm vi từ hiệu ứng đơn đến bảy hiệu ứng tùy thuộc vào thể tích sản phẩm được xử lý qua thiết bị bay hơi.
Công nghệ này dựa trên nguyên lý cơ bản là giảm số lượng bằng cách cô đặc sản phẩm và sau đó tách nước. Nước thải sản phẩm được đưa vào máy bay hơi để cô đặc lên đến 30% đến 90% nồng độ chất rắn. Toàn bộ quá trình diễn ra trong điều kiện chân không và hơi được tạo ra trong hệ thống được tái sử dụng để tiết kiệm lượng hơi tiêu thụ trong hệ thống bay hơi hiệu ứng đa dạng với sự trợ giúp của hệ thống nén hơi nhiệt. Nén hơi nhiệt sử dụng hơi được tạo ra trong máy bay hơi và nén nó bằ
ng hơi nước và hơi nén được sử dụng làm môi trường gia nhiệt trong máy bay hơi, việc tái sử dụng hơi làm môi trường gia nhiệt giúp giảm lượng hơi tiêu thụ khiến máy bay hơi tiết kiệm hơn nhiều so với các phương pháp bay hơi truyền thống khác.
Có thể bạn quan tâm: Xi lanh là gì?
Quá trình hoạt động của evaporator diễn ra theo các bước sau:
- Chất lỏng được đưa vào bộ phận bay hơi.
- Nguồn nhiệt (hơi nước, điện hoặc nước nóng) được sử dụng để làm nóng chất lỏng.
- Chất lỏng bắt đầu bốc hơi khi được đun nóng.
- Hơi sinh ra được thu thập từ phía trên của bộ phận bay hơi.
- Hơi được làm lạnh và ngưng tụ lại thành dạng lỏng trong bình ngưng tụ.
- Chất lỏng cô đặc được thu thập dưới dạng sản phẩm cuối cùng.
3. Phân loại evaporator
3.1 Evaporator màng rơi
Trong các thiết bị bay hơi màng rơi, chất lỏng chảy xuống dưới dưới dạng màng cùng với hơi ở lõi theo dòng song song. Cơ chế màng và thời gian lưu trú thấp làm cho thiết bị bay hơi này lý tưởng cho các dung dịch không tạo muối và không kết tinh nhạy cảm với nhiệt. Chất lỏng cần bay hơi ban đầu được đun nóng trước đến nhiệt độ sôi và đi vào các ống gia nhiệt thông qua các tấm phân phối ở nắp chụp trên cùng của thiết bị bay hơi. Trong các thiết bị bay hơi này, việc làm ướt đủ bề mặt gia nhiệt là rất quan trọng đối với khả năng tiết kiệm nhiệt và hoạt động không gặp sự cố. Tốc độ làm ướt có thể được tăng lên bằng cách kéo dài hoặc chia tách các hiệu ứng bay hơi riêng lẻ. Thiết bị bay hơi màng rơi có thể đặc biệt hữu ích khi chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng cần bay hơi và môi trường gia nhiệt thấp.
Ứng dụng của evaporator màng rơi:
Nồng độ của các sản phẩm từ sữa, dung dịch đường, axit photphoric và dịch đen.
3.2 Evaporator tuần hoàn lực
Evaporator tuần hoàn cưỡng bức là máy bốc hơi ống ngắn và lý tưởng khi cần tránh hiện tượng sôi chất lỏng cấp liệu trên bề mặt gia nhiệt do đặc tính muối và bám bẩn của chất lỏng. Do đó, trong các máy bốc hơi này, tốc độ dòng chảy trong các ống được duy trì ở mức rất cao.
Trong các thiết bị bay hơi này, chất lỏng được tuần hoàn với vận tốc cao trong các ống của bộ trao đổi nhiệt trong khi hơi nước được cung cấp trong lồng. Chất lỏng này được bốc hơi một phần khi áp suất giảm trong bộ tách hơi-lỏng xuống nhiệt độ sôi tương ứng. Các bơm tuần hoàn dòng trục có lưu lượng lớn, cột áp thấp được sử dụng để tuần hoàn bùn chứa tinh thể trong thiết bị bay hơi và do đó hoạt động của thiết bị bay hơi này không phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ. Trong hoạt động kết tinh, tinh thể có thể được tách ra khỏi bùn kết tinh bằng cách điều chỉnh vận tốc của luồng tuần hoàn. Các thiết bị bay hơi này lý tưởng để xử lý các chất lỏng có độ nhớt cao hoặc có xu hướng tạo muối và cặn trong quá trình bay hơi.
Ứng dụng của evaporator tuần hoàn lực:
Các ứng dụng sử dụng tuần hoàn cưỡng bức bao gồm urê, natri sunfat, natri clorua, magie clorua, kali xút, axit citric và amoni sunfat.
3.3 Evaporator bay hơi hàng loạt
Evaporator hàng loạt được nạp vật liệu loãng, sau đó nhiệt được truyền vào và vật liệu được cô đặc dần đến điểm mong muốn bằng cách truyền nhiệt và loại bỏ hơi.
Có thể thêm vật liệu pha loãng bổ sung khi nồng độ xảy ra để bổ sung chất lỏng đã bốc hơi đến một mức nhất định. Vì mỗi gallon vật liệu pha loãng mang theo một số chất rắn vào bộ bay hơi, nên cuối cùng bộ bay hơi đạt được nồng độ chất rắn cuối cùng.
3.4 Evaporator bề mặt cạo
Chúng thường được chọn cho các sản phẩm có độ nhớt cao hoặc dạng sệt/siro, các sản phẩm có xu hướng đóng cặn hoặc muối trong quá trình bay hơi cũng có thể được xử lý bằng máy bay hơi này.
Các cánh quay của thiết bị bay hơi này đảm bảo không có vật liệu nào bám trên bề mặt truyền nhiệt trong thời gian dài, do đó ngăn ngừa sự suy thoái nhiệt.
Dòng chảy chất lỏng có thể từ dưới lên trên hoặc từ trên xuống dưới. Kiểu dòng chảy này phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, khả năng hình thành cặn hoặc tinh thể. Hệ thống này có thể được sử dụng cùng với bộ bay hơi màng rơi hoặc tuần hoàn cưỡng bức như giai đoạn hoàn thiện cuối cùng.
3.5 Evaporator màng lau
Các evaporator loại này đã tìm thấy một vị trí thích hợp trong các hoạt động bay hơi khó khăn. Mặc dù chúng có thể được sử dụng trong hầu hết mọi ứng dụng, nhưng lại vượt trội trong các bước chưng cất khi sản phẩm nhạy cảm với nhiệt, nhớt, có xu hướng làm bẩn bề mặt được gia nhiệt hoặc sôi ở nhiệt độ cao.
Thiết bị bay hơi màng lau đang hoạt động trong các nhà máy trên toàn thế giới. Thiết bị bay hơi màng lau có thể được lắp đặt theo nhiều cấu hình khác nhau. Evaporator màng lau có tụ điện bên trong được gọi là thiết bị bay hơi đường ngắn và có thể hoạt động trong điều kiện chân không cao. Thiết bị bay hơi màng lau không có tụ điện bên trong được gọi là đầu ra hơi trên cùng và được sử dụng làm thiết bị đun sôi lại cột hoặc trong các ứng dụng rất bẩn.
3.6 Evaporator màng mỏng
Với phương pháp chưng cất màng mỏng, nhiệt độ sôi giảm đáng kể bằng cách giảm áp suất vận hành. Điều này cho phép tách nhiệt các sản phẩm sẽ bị phá hủy bởi phương pháp chưng cất chân không thông thường (nồi chưng cất hoặc cột chưng cất) do nhiệt độ cao cần thiết và thời gian lưu trú dài.
Trong một thiết bị bay hơi màng mỏng, nguyên liệu thô được làm nóng trên bề mặt bên trong của một ống được làm nóng cho đến khi thành phần sôi thấp hơn bắt đầu bốc hơi. Sau đó, các hơi này được hóa lỏng trên các ống lạnh của một bình ngưng tụ. Trong thiết kế bình ngưng tụ màng mỏng đơn giản, bình ngưng tụ được đặt bên ngoài nhưng càng gần bình ngưng tụ càng tốt.
Ứng dụng của evaporator màng mỏng:
Được sử dụng rộng rãi để tinh chế các hóa chất hữu cơ bao gồm dầu tự nhiên, axit béo, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thực phẩm cô đặc và dược phẩm bao gồm rau và trái cây xay nhuyễn, chiết xuất thực vật và rau quả, dung dịch sinh học, v.v…
3.7 Evaporator giãn nở trực tiếp
Evaporator cuộn ống có cánh
Dàn bay hơi thường được sử dụng như cuộn cánh tản nhiệt, được thiết kế để cuộn ống đồng và có các cánh tản nhiệt bằng nhôm để tăng diện tích bề mặt tỏa nhiệt nhằm truyền nhiệt cho chất lỏng bên trong ống.
Evaporator dạng tấm
Được sử dụng rất phổ biến. Evaporator này không có cánh tản nhiệt. Và có nhiều hình dạng khác nhau.
Evaporator “vỏ và ống”
Gồm một ống bên trong có một ống nhỏ được sắp xếp theo lô. Evaporator vỏ và ống rất thường được sử dụng với các hệ thống làm lạnh, máy làm lạnh, được sử dụng để đưa chất làm lạnh dạng lỏng có nhiệt độ và áp suất thấp. Bên trong máy bay hơi này hấp thụ lượng nhiệt từ nước, biến nó thành nước lạnh. và máy bơm tuần hoàn nước lạnh này để làm mát khu vực hoặc khu vực cần làm mát thêm một lần nữa.
3.8 Evaporator ngập nước
Thiết bị evaporator ngập nước sẽ trông giống như một dàn bay hơi thiết kế vỏ và ống, nhưng sự khác biệt là chất làm lạnh nằm trong ống (phía vỏ) và nước lạnh chảy bên trong ống. Chất làm lạnh lỏng áp suất thấp liên tục được đổ đầy bên trong bộ bốc hơi. Chất làm lạnh lỏng được lưu thông qua cuộn dây bằng chính trọng lượng của nó và khi chất làm lạnh lỏng nhận được lượng nhiệt từ bề mặt ống, nó sẽ thay đổi trạng thái của khí để nổi lên trên để gửi đến máy nén tiếp theo.
4. Một số lưu ý về evaporator
4.1 Sản xuất evaporator
Sản xuất thiết bị bay hơi liên quan đến việc thiết kế và sản xuất các hệ thống cô đặc dung dịch lỏng có độ nhớt cao bằng cách bay hơi chúng thông qua quá trình truyền nhiệt, tạo ra sản phẩm đặc hơn và cô đặc hơn. Các vật liệu như thép không gỉ, thép cacbon và titan thường được ưa chuộng trong sản xuất thiết bị bay hơi.
Những cân nhắc chính trong sản xuất evaporator:
- Thiết kế evaporator phải phù hợp với ngành công nghiệp và quy trình cụ thể mà máy sẽ được sử dụng.
- Vật liệu sử dụng trong thi công phải có khả năng chống ăn mòn để đảm bảo độ bền và ngăn ngừa ô nhiễm.
- Thiết bị bay hơi phải được thiết kế để dễ dàng vệ sinh và bảo trì nhằm đảm bảo vệ sinh và hiệu quả.
4.2 Lựa chọn evaporator
- Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn thiết bị evaporator:
- Công suất: Công suất của máy bay hơi phải phù hợp với thể tích chất lỏng cần xử lý.
- Nhiệt độ và áp suất vận hành: Các thông số này phải phù hợp với ứng dụng cụ thể.
- Tính chất vật liệu: Vật liệu sử dụng phải tương thích với chất lỏng được xử lý và điều kiện vận hành.
Việc lựa chọn máy bay hơi phù hợp sẽ đảm bảo quá trình diễn ra hiệu quả và an toàn.
Kết luận
Evaporator đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách bảo trì thiết bị này sẽ giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất của hệ thống làm lạnh. Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp làm mát hiệu quả, evaporator chắc chắn là một phần không thể thiếu.
Tham khảo bài viết khác: Diaphragm valve là gì?
Trả lời
Bạn phải đăng nhập để gửi bình luận.