【Câu hỏi mỗi ngày】Câu hỏi trắc nghiệm sâu 20160824: Nồi đun sôi có những dạng nào?

Đó chính là bình sôi, dùng để làm nóng lại chất lỏng đã ngưng tụ trong thiết bị, giúp nó bay hơi trở lại. Thường có loại sử dụng nguyên lý hút nhiệt và loại dạng nồi.

1) Bộ sôi kiểu nồi 2) Bộ sôi kiểu siphon nhiệt

Một thiết bị hóa học dùng để làm nóng lại chất lỏng đã ngưng tụ trong thiết bị, giúp nó bay hơi trở lại. Thường có loại sử dụng nguyên lý hút nhiệt và loại dạng nồi.

Siphon đứng, Siphon nằm, Tuần hoàn cưỡng bức

Hai loại là nồi sôi kiểu nồi và nồi sôi kiểu thủy trọng lực

1. Bộ sôi kiểu nồi: Bộ sôi kiểu nồi có một vỏ máy được mở rộng ra; quá trình tách hơi và chất lỏng diễn ra bên trong vỏ máy này. Mặt nước được duy trì ở mức cần thiết nhờ vào một tấm chắn thẳng đứng, nhằm đảm bảo rằng toàn bộ các ống dẫn đều được ngâm hoàn toàn trong chất lỏng. Ống dẫn thường có cấu trúc dạng ống U với hai luồng chất lưu, hoặc cũng có thể là cấu trúc loại đầu nổi với nhiều luồng chất lưu. 　　Hình 1: Bộ sôi kiểu nồi. Ảnh hưởng của lực động lực học lên bộ sôi kiểu nồi rất nhỏ; do đó, hiệu suất hoạt động của nó khá ổn định. Đặc biệt, trong điều kiện chân không cao, hiệu suất của nó càng tốt hơn nữa. Bằng cách tăng khoảng cách giữa các ống, có thể đạt được mật độ dòng nhiệt cao; trong điều kiện chênh lệch nhiệt độ nhỏ, hệ thống vẫn hoạt động tốt. Nhược điểm của bộ sôi kiểu nồi là dễ bị đóng cặn; thường thì đây là loại bộ sôi dễ bị đóng cặn nhất trong tất cả các loại bộ sôi. Ngoài ra, kích thước vỏ máy khá lớn, khiến chi phí sản xuất cao hơn. Ứng dụng lý tưởng của bộ sôi kiểu nồi là với các chất lỏng trong sạch ở áp suất thấp, có khoảng dao động nhiệt độ sôi hẹp, cũng như trong các điều kiện có độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ hoặc lớn. Đối với điều kiện áp suất gần ngưỡng tới hạn, mặc dù vỏ máy có kích thước lớn và chi phí sản xuất cao, nhưng hiệu suất hoạt động của nó vẫn khá đáng tin cậy. 　　2. Bộ sôi được lắp bên trong tháp: Như được minh họa trong Hình 2, đặc điểm của bộ sôi được lắp bên trong tháp là các ống dẫn nước được đặt trực tiếp vào bể chứa chất lỏng ở đáy tháp chưng cất. Giống như các bộ sôi kiểu nồi khác, ưu điểm của nó cũng tương tự như bộ sôi kiểu nồi; nó ít chịu ảnh hưởng từ lực thủy lực. Vì không cần đến vỏ bọc và các ống kết nối, nên bộ tái sôi loại tích hợp là loại có chi phí thấp nhất trong tất cả các loại bộ tái sôi. Ngoài việc không có vỏ bọc bên ngoài, những nhược điểm của bộ tái sôi kiểu tích hợp cũng giống như bộ tái sôi kiểu thùng. Hơn nữa, diện tích bề mặt truyền nhiệt của nó cũng rất hạn chế. Các ứng dụng của nó tương tự như bộ sôi kiểu nồi. 　　Hình 2: Bộ tái sôi được lắp bên trong tháp.
3. Bộ tái sôi kiểu siphon nhiệt ngang.
Như được minh họa trong Hình 3, chất liệu đầu vào được đưa vào bộ tái sôi thông qua ống dẫn ở đáy tháp. Chất lỏng sẽ sôi trong lớp vỏ của bộ tái sôi, tạo thành hỗn hợp hơi – chất lỏng có mật độ thấp hơn. Do sự khác biệt về mật độ giữa chất lỏng trong ống đầu vào và ống thoát ra, sẽ tạo ra áp suất tĩnh, từ đó tạo ra lực thúc đẩy cho quá trình tuần hoàn tự nhiên của chất lỏng. Chất dẫn nhiệt chảy bên trong ống; đường ống có thể là loại một luồng hoặc nhiều luồng. Ưu điểm của nó là tỷ lệ tuần hoàn cao; do đó tốc độ dòng chảy cũng cao, và độ ẩm tại điểm thoát khí thì thấp. Điều này giúp ngăn chặn sự tích tụ của các thành phần có điểm sôi cao, đồng thời giảm tốc độ hình thành cặn bẩn. Do các ống được bố trí theo hướng ngang và diện tích dòng chảy dễ được kiểm soát, nên áp suất tĩnh cần thiết cũng thấp hơn. Nhược điểm của nó là sau khi xảy ra hiện tượng đóng cặn ở vùng vỏ, rất khó để làm sạch. Do ảnh hưởng của các tấm chắn dòng và tấm đỡ, trong điều kiện dòng nhiệt cao, có thể xảy ra hiện tượng khô cạn tại một số vùng nhất định. Đối với các bình sôi nhiệt động lực học có kích thước lớn, để đảm bảo sự phân bố dòng chất lỏng đồng đều, cần phải thiết kế nhiều lỗ thông khí và các chi tiết kết nối. Điều này chắc chắn sẽ làm tăng chi phí sản xuất của bình sôi. 　　Hình 3: Bộ tái sôi bằng hiệu ứng siphon ngang. Đối với các chất lỏng có dải nhiệt độ sôi rộng, cần lắp đặt các tấm ngăn ngang để ngăn không cho các thành phần nhẹ bốc hơi ngay tại lối vào, và ngăn không cho các thành phần nặng bị tập trung lại ở lối ra. Để ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn dòng chảy và sự bất ổn của dòng chảy, cần phải hạn chế mật độ dòng nhiệt tối đa. Loại bộ sôi này phù hợp với các điều kiện có áp suất trung bình, chênh lệch nhiệt độ trung bình và áp suất tĩnh thấp. 　　4. Bộ tái sôi kiểu hút nhiệt dọc theo ống
Như được minh họa trong Hình 4, quá trình sôi diễn ra bên trong các ống; chất làm nóng thì nằm bên ngoài các ống. Hỗn hợp hai pha này chảy với tốc độ cao từ ống thoát ra vào bên trong tháp. Diện tích mặt cắt dòng chảy tại miệng ống thoát ít nhất phải bằng diện tích tổng thể dùng để dẫn dòng chất lỏng qua bộ ống. Áp suất giảm tại ống thoát phải nhỏ hơn 30% so với áp suất giảm tổng thể. Ống dẫn khí có thể được kết nối với tháp thông qua các ống cong có đường kính lớn dọc theo trục, hoặc cũng có thể được kết nối thông qua các lỗ mở ở phía bên cạnh với tháp. Các thí nghiệm cho thấy rằng cấu trúc của ống xuất khí có ảnh hưởng rất nhỏ đến hiệu suất của bộ tái bay hơi. Tuy nhiên, diện tích lưu thông tối thiểu của ống xuất khí lại có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của bộ tái bay hơi. Áp suất thúc đẩy quá trình tuần hoàn chảy được cung cấp bởi mực nước trong bể chứa nằm bên trong tháp. Thông thường, mặt nước bên trong tháp và tấm ống phía trên của bộ tái sôi nằm trên cùng một mặt phẳng. Trong điều kiện chân không, độ cao mặt chất lỏng bên trong tháp có thể chiếm từ 0,15 đến 0,18 lần chiều dài của bộ ống. Điều này giúp giảm chiều dài phần chất lỏng bị lạnh quá mức trong bộ tái bay hơi. Để loại bỏ tình trạng bất ổn dòng chảy xảy ra trong điều kiện áp suất thấp và lưu lượng nhiệt cao, cần lắp đặt một van hoặc tấm lỗ trên đường ống cung cấp chất lỏng. Đối với các hợp chất hydrocarbon, độ khô tại điểm xuất ra nên nằm trong khoảng 011–0135. Còn đối với nước và các dung dịch nước, độ khô tại điểm xuất ra nên nằm trong khoảng 0102–011. Việc lựa chọn đường kính và chiều dài ống cần đảm bảo lượng chất lưu tuần hoàn đủ, đồng thời ngăn chặn tình trạng ống bị khô. 　　Hình 4: Bộ tái sôi kiểu nhiệt siphon đứng. Với cơ chế hoạt động theo nguyên lý nhiệt siphon đứng, tốc độ tuần hoàn khí cao; hệ số truyền nhiệt cũng cao hơn so với loại bộ tái sôi nằm ngang. Ngoài ra, loại này còn có khả năng ngăn chặn sự tích tụ cặn rất tốt, vì vậy rất phù hợp để sử dụng với các vật liệu polyme. Nhược điểm của nó là các ống thẳng đứng khó tháo rời, vệ sinh và sửa chữa. Ngoài ra, mực nước ở đáy tháp khoảng ngang với mặt tấm ống phía trên bộ tái sôi; điều này làm tăng độ cao của đáy tháp, từ đó làm tăng chi phí xây dựng. Bộ sôi bằng hiệu ứng thủy triều nhiệt dạng đứng đòi hỏi các điều kiện vận hành khắt khe. Trong những điều kiện có áp suất chân không cao, áp suất cao (gần áp suất tới hạn) và độ nhớt cao, việc thiết kế bộ sôi này rất khó khăn. Trong những trường hợp như vậy, tốt nhất nên sử dụng bộ sôi dạng thùng. Tình trạng điểm sôi cao do áp suất tĩnh lớn gây ra khiến cho dòng chất lưu trong bộ tái bay hơi không đủ ở các điều kiện dòng nhiệt thấp. Do đó, loại bộ tái bay hơi này không phù hợp để sử dụng trong những trường hợp có chênh lệch nhiệt độ nhỏ. Điều kiện sử dụng lý tưởng nhất là khi chất lỏng có thành phần tinh khiết, áp suất ở mức vừa phải, chênh lệch nhiệt độ ở mức vừa phải, lưu lượng nhiệt ở mức vừa phải, và trong những môi trường dễ bị tích tụ cặn. 　　5. Bộ tái sôi bằng hiệu ứng siphon nhiệt ở mặt trong vỏ thiết bị: Như được minh họa trong Hình 5, quá trình sôi diễn ra ở mặt trong vỏ thiết bị. Mặt ngoài vỏ được trang bị các tấm ngăn dòng, nhằm giúp chất lỏng chảy theo hướng dọc. Bộ sôi ở mặt trong vỏ dùng cho những trường hợp đặc biệt, khi mà việc đặt chất làm nóng ở mặt ngoài vỏ là không phù hợp. Ví dụ, đối với các lò hơi sử dụng nhiệt thải, do tính ăn mòn của chất lỏng được dùng để làm nóng, nên cần phải sử dụng các loại vật liệu kim loại đặc biệt. Trong trường hợp này, việc sử dụng chất lỏng làm nóng trong các ống dẫn là giải pháp phù hợp nhất. 　　Hình 5: Bộ tái sôi kiểu siphon nhiệt ở mặt bên thẳng đứng của vỏ thiết bị. Thiết kế của loại bộ tái sôi này cần đảm bảo dòng chất lưu ở phía đang sôi được phân bố đều, nhằm tránh việc hình thành các vùng không có dòng chất lưu, đồng thời ngăn chặn sự tích tụ của khí và các chất có điểm sôi cao. Tuy nhiên, thông tin về thiết kế trong lĩnh vực này rất ít. Các thí nghiệm tại chỗ cho thấy rằng vấn đề lớn nhất là sự tích tụ của hơi gas, dẫn đến tình trạng quá nhiệt ở một số vùng nhất định. Điều này khiến các tấm ống phía trên bị hư hỏng. Do đó, trong quá trình thiết kế, cần đảm bảo rằng hỗn hợp hai pha chảy qua các tấm ống với tốc độ cao và đồng đều. Ứng dụng lý tưởng nhất của loại bộ sôi này là việc bay hơi các chất thuần khi ở áp suất trung bình và chênh lệch nhiệt độ vừa phải; đồng thời, chất làm nóng phải được đặt bên trong các ống. 　　6. Bộ sôi tuần hoàn cưỡng bức: Quá trình sôi diễn ra bên trong các ống; lực để làm cho chất lỏng tuần hoàn được cung cấp bởi máy bơm có công suất lớn. Thông thường, người ta cố gắng đảm bảo rằng tỷ lệ bay hơi không vượt quá 1%. Khi chất lỏng đi qua van ở đầu ra, nó sẽ được làm bay hơi hoàn toàn. Ứng dụng lý tưởng nhất của bộ sôi tuần hoàn cưỡng bức là đối với các chất lỏng bị đóng cặn nghiêm trọng và có độ nhớt rất cao. Trong điều kiện mà dòng chất lỏng vẫn giữ được tốc độ cao và tỷ lệ bay hơi rất thấp, tốc độ hình thành cặn có thể được **giảm bớt**. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi tốc độ dòng chất lỏng phải nằm trong khoảng 5–6 m/s. Do đó, chi phí sản xuất máy bơm và mức tiêu thụ năng lượng sẽ rất cao. 　　7. Bộ sôi lại kiểu nhiệt siphon đứng ▲ Lực thúc đẩy tuần hoàn: Sự chênh lệch về mật độ giữa dịch trong nồi và hỗn hợp khí-lỏng trong các ống truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt. 　　▲Cấu trúc gọn gàng, diện tích chiếm ít, hệ số truyền nhiệt cao. 　　▲Đường ống vỏ không thể được làm sạch bằng phương pháp cơ học, và không phù hợp với các chất truyền nhiệt có độ nhớt cao hoặc bị bẩn. 　　▲Thân tháp cung cấp không gian để tách khí và chất lỏng cũng như vùng đệm. 　　8. Bộ sôi lại kiểu nhiệt đối lưu nằm ngang ▲ Lực thúc đẩy quá trình tuần hoàn: Sự chênh lệch về mật độ giữa dung dịch trong nồi và hỗn hợp khí-lỏng trong các ống truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt. 　　▲Diện tích sử dụng lớn, hệ số truyền nhiệt ở mức trung bình, dễ bảo trì và vệ sinh. 　　▲Thân tháp cung cấp không gian để tách khí và chất lỏng cũng như vùng đệm. 　　9. Bộ sôi tuần hoàn cưỡng bức ▲ Phù hợp với các chất có độ nhớt cao, nhạy cảm với nhiệt độ; các hỗn dịch rắn lơ lửng trong chất lỏng; cũng như các hệ thống có độ cản trở cao, với khoảng cách truyền nhiệt lớn và tỷ lệ bay hơi thấp. 　　10. Bộ sôi kiểu nồi 　　▲ Độ tin cậy cao, 　　dễ bảo trì và vệ sinh. 　　▲Hệ số truyền nhiệt thấp, thể tích vỏ lớn, diện tích chiếm dụng lớn, giá thành cao, và dễ bị đóng cặn. 　　11. Bộ sôi tích hợp ▲ Cấu trúc đơn giản. Diện tích truyền nhiệt nhỏ, hiệu quả truyền nhiệt không tốt.

Dạng đứng và dạng nằm, hơi nước và dầu dẫn nhiệt

Hai loại: 1 Dạng đứng: kiểu siphon nhiệt, kiểu tuần hoàn cưỡng bức； 2 Kiểu nằm ngang: kiểu sử dụng hiệu ứng siphon nhiệt, kiểu tuần hoàn cưỡng bức, kiểu có bình đun tái bay hơi, kiểu có bộ tái bay hơi tích hợp sẵn.

Phân loại theo dạng tuần hoàn: có thể chia thành tuần hoàn cưỡng bức và tuần hoàn tự nhiên. Luân chuyển cưỡng bức là việc sử dụng máy bơm để bơm chất lỏng ra khỏi tháp, rồi đưa nó vào bộ tái bay hơi để được làm nóng và tiếp tục luân chuyển ； Tuần hoàn tự nhiên xảy ra nhờ vào sự chênh lệch về mật độ giữa pha khí và pha lỏng trong bình đun sôi. Pha khí trở lại đáy tháp, còn chất lỏng ở đáy tháp thì được đưa vào bình đun sôi để được làm nóng và bay hơi. Các chất truyền nhiệt thường được sử dụng gồm: hơi nước, nước ở nhiệt độ cao, dầu ở nhiệt độ cao, kim loại ở trạng thái lỏng hoặc muối nóng chảy, khí thải nóng, và các chất truyền nhiệt chuyên dụng.

Có hai loại: nồi sôi kiểu nồi và nồi sôi kiểu siphon nhiệt

Có hai loại: bình sôi kiểu nồi và bình sôi kiểu thủy tĩnh nhiệt.

Có hai loại: bình sôi kiểu nồi và bình sôi kiểu thủy tĩnh nhiệt.