Không giống như truyền nhiệt bằng đối lưu (ví dụ nước nóng), truyền nhiệt bằng ngưng tụ (ví dụ hơi nước) không liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ. Khi hơi nước ngưng tụ trên bề mặt truyền nhiệt, nó sẽ truyền nhiệt ẩn vào sản phẩm. Nước ngưng được hình thành sau đó vẫn chứa nhiệt lượng cảm nhận được của nó, vì vậy nó có cùng nhiệt độ với hơi nước mà nó được tạo ra. Điều này cho phép làm nóng đều trên toàn bộ bề mặt truyền nhiệt.
Nếu áp suất tại bề mặt truyền nhiệt (ví dụ: vỏ, vỏ hoặc cuộn dây) của thiết bị được giữ không đổi thì quá trình gia nhiệt liên tục ở nhiệt độ không đổi có thể diễn ra trên khắp mọi phần của bề mặt truyền nhiệt.
Mặt khác, khi đun nóng bằng nước nóng hoặc dầu, nhiệt độ của môi trường gia nhiệt sẽ giảm do nhiệt lượng được truyền từ môi trường gia nhiệt sang sản phẩm. Do đó, gradient nhiệt độ liên tục giảm vì mỗi đơn vị nhiệt truyền cũng sẽ làm giảm nhiệt độ của môi trường gia nhiệt. Điều này có thể dẫn đến việc làm nóng không đều, có thể ảnh hưởng xấu đến sản phẩm được làm nóng.
Truyền nhiệt từ sự ngưng tụ (hơi nước)
Bí mật nằm ở sự truyền nhiệt do quá trình ngưng tụ.
Ẩn nhiệt chứa trong hơi nước được giải phóng ngay lập tức hơi nước ngưng tụ thành trạng thái lỏng. Lượng nhiệt ẩn được giải phóng lớn hơn từ 2 đến 5 lần so với lượng nhiệt hiện có từ nước nóng (nước bão hòa) sau khi ngưng tụ. Nhiệt ẩn này được giải phóng ngay lập tức và được truyền qua bề mặt truyền nhiệt đến sản phẩm được gia nhiệt.
Ngược lại, nước nóng và dầu truyền nhiệt bằng cách gia nhiệt đối lưu, không liên quan đến sự thay đổi trạng thái. Nếu để đối lưu tự nhiên thì quá trình truyền nhiệt cực kỳ chậm. Vì vậy, máy bơm thường được sử dụng để tạo dòng chảy ngược lại bề mặt truyền nhiệt nhằm tăng tốc độ truyền nhiệt. Điều này được gọi là sưởi ấm đối lưu cưỡng bức.
Tốc độ truyền nhiệt giữa chất lỏng chuyển động và chất rắn thường được biểu thị bằng hệ số truyền nhiệt đối lưu. Giá trị của nó được coi là đại khái là:
1000 — 6000 W/(m2°C) [176-1057 Btu/(hr-ft2°F)] đối với nước nóng và
6000 — 15000 W/(m2°C) [1057 - 2641 Btu/(hr-ft2°F)] đối với hơi nước.
Tuy nhiên, trong bộ trao đổi nhiệt, quá trình truyền nhiệt không thể được tóm tắt chỉ bằng hệ số truyền nhiệt đối lưu vì quá trình truyền nhiệt xảy ra qua một số phương tiện. Do đó, nó là sự kết hợp của ba cơ chế sau:
truyền nhiệt từ môi trường gia nhiệt đến bề mặt của bộ trao đổi nhiệt
truyền nhiệt trong các bức tường của bộ trao đổi nhiệt, và
truyền nhiệt từ bề mặt thành của bộ trao đổi nhiệt đến sản phẩm được làm nóng.
Do đó, việc đánh giá sự truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt đòi hỏi hệ số truyền nhiệt tổng thể (tức là giá trị U), có tính đến cả ba cơ chế. Đơn vị của nó giống nhau: W/(m2°C), hoặc Btu/(hr-ft2°F).
Số liệu thực nghiệm
Giá trị U có thể khác nhau rất nhiều từ ứng dụng trao đổi nhiệt này sang ứng dụng trao đổi nhiệt khác, nhưng dữ liệu thử nghiệm đã chỉ ra rằng sưởi ấm bằng hơi nước có thể đạt giá trị U lên tới 1,7 lần so với sưởi ấm bằng nước nóng. Dưới đây là một ví dụ về những cải tiến liên quan đến việc thay đổi môi trường làm nóng của ấm đun nước có vỏ bọc từ nước nóng sang hơi nước chân không tại công ty A:
Nhiệm vụ: Cải thiện tốc độ sản xuất bằng cách giảm thời gian xử lý cần thiết để cô đặc chất hóa học được pha loãng trong dung môi.
Lĩnh vực: Hóa chất tinh khiết
Thiết bị: Ấm đun nước có vỏ bọc thủy tinh (10m3)
Hệ số truyền nhiệt đối lưu | Hệ số truyền nhiệt tổng thể | Tiến trình thời gian | |
---|---|---|---|
Nước nóng | 500 W/m2°C [88.1 Btu/(hr-ft2°F)] | 213 W/m2°C [37.5 Btu/(hr-ft2°F)] | 10 h |
Hơi nước chân không | 10000 W/m2°C [1761 Btu/(hr-ft2°F)] | 356 W/m2°C [62.7 Btu/(hr-ft2°F)] | 7 h |
Như dữ liệu minh họa, giá trị U tăng theo hệ số 1,7, giúp giảm đáng kể thời gian sản xuất.
Để biết thêm các phép tính và phương trình chi tiết liên quan đến Hệ số truyền nhiệt tổng thể, hãy đọc bài viết tại đây.
Hơi nước là chất khí được hình thành khi nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Ở cấp độ phân tử, đây là lúc các phân tử H2O cố gắng thoát ra khỏi các liên kết (tức là liên kết hydro) giữ chúng lại với nhau.
Hơi nước được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Ví dụ, các ứng dụng phổ biến của hơi nước là các quy trình làm nóng bằng hơi nước trong các nhà máy và nhà máy và tua-bin dẫn động bằng hơi nước trong các nhà máy điện, nhưng việc sử dụng hơi nước trong công nghiệp còn vượt xa điều này.
Nếu nước được đun nóng vượt quá điểm sôi, nó sẽ bay hơi thành hơi hoặc nước ở trạng thái khí. Tuy nhiên, không phải tất cả hơi nước đều giống nhau. Các tính chất của hơi nước rất khác nhau tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ mà nó phải chịu. Trong bài viết Các ứng dụng chính của Steam, chúng tôi đã thảo luận về một số ứng dụng sử dụng Steam. Trong các phần tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về các loại hơi nước được sử dụng trong các ứng dụng này.
Bạn đã xem xét chất lượng hơi nước của bạn chưa? Trong quá trình sản xuất một số hàng hóa nhất định như thực phẩm, đồ điện tử và dược phẩm, chất lượng hơi nước cao hơn là rất quan trọng. Để đáp ứng những nhu cầu này, lý tưởng nhất là sử dụng hơi nước không có nước ngưng tụ, mảnh vụn và bất kỳ tạp chất nào khác (hoặc gần như vậy). Mục tiêu của việc tạo ra hơi nước được lọc, sạch hoặc tinh khiết là đạt được trạng thái lý tưởng nhất có thể cho từng ứng dụng cụ thể.
Hơi nước là một trong những phương tiện truyền nhiệt phổ biến và hiệu quả nhất được sử dụng trong công nghiệp, nhưng nó không phải là phương tiện duy nhất hiện có. Các chất lỏng khác như nước nóng và dầu cũng được sử dụng để sưởi ấm gián tiếp trong bộ trao đổi nhiệt. Loạt bài viết dưới đây sẽ tập trung vào những ưu điểm của việc sử dụng hơi nước so với nước nóng hoặc dầu để sưởi ấm.
Hệ số truyền nhiệt tổng thể, hay giá trị U, đề cập đến mức độ dẫn nhiệt qua một loạt các môi trường chịu nhiệt. Đơn vị của nó là W/(m2°C) [Btu/(hr-ft2°F)].
Copyright © 2017 Bản quyền thuộc về Công Ty TNHH Kỹ Thuật Phúc Minh