Làm mát chân không: Nguyên lý và Ứng dụng trong Công Nghiệp

Làm mát chân không là giải pháp làm lạnh hiệu quả trong công nghiệp bằng cách tận dụng nguyên lý bay hơi nước dưới áp suất thấp. Bài viết này sẽ giải thích chi tiết về nguyên lý làm mát bay hơi, hệ thống làm mát chân không và các ứng dụng thực tế trong sản xuất công nghiệp. Tìm hiểu ngay để khám phá công nghệ làm mát tiên tiến giúp tăng năng suất và tiết kiệm năng lượng!

Nguyên Lý Làm Mát Bay Hơi

Làm mát bay hơi là quá trình làm lạnh thông qua sự bốc hơi của nước để loại bỏ nhiệt. Nước bay hơi khi nhận được nhiệt ẩn hóa hơi. Nước hấp thụ nhiệt cho đến khi nhận đủ nhiệt ẩn hóa hơi, đồng thời môi trường nóng cũng mất đi lượng nhiệt tương ứng.

Hệ thống làm mát bay hơi chủ động ứng dụng nguyên lý này. Nguyên tắc làm mát bay hơi cũng được áp dụng ở những nơi quen thuộc một cách đáng ngạc nhiên.

Ví dụ, một số ô tô hiệu suất cao được trang bị hệ thống phun nước làm mát bay hơi để cải thiện hiệu suất làm mát của bộ làm mát trung gian kết hợp với turbo tăng áp.

Vào những ngày hè nóng bức, việc tưới nước bên ngoài cũng là một hình thức làm mát bay hơi sử dụng nhiệt bay hơi để hạ nhiệt độ bề mặt đường và các bề mặt khác.

Làm Mát Bay Hơi Chân Không

Nước thậm chí có thể bay hơi ở nhiệt độ phòng dưới áp suất khí quyển. Trong trường hợp này, khối nước chỉ bay hơi chứ không sôi. Ví dụ, nếu nước được đun sôi và bốc hơi ở 40°C [104°F], điều này sẽ dẫn đến sự truyền một lượng nhiệt lớn tương đương với nhiệt ẩn hóa hơi.

Ở áp suất khí quyển, nước sôi ở 100°C [212°F]. Khi đó, nếu giảm áp suất xuống dưới áp suất khí quyển, điểm sôi cũng giảm xuống dưới 100°C [212°F]. Điều này là do nhiệt độ bão hòa thấp hơn 100°C [212°F]. Chi tiết được giải thích trong bài Hệ Thống Gia Nhiệt Hơi Chân Không.

Trong gia nhiệt hơi chân không, hơi bão hòa ở 100°C [212°F] hoặc thấp hơn được sử dụng làm nguồn gia nhiệt, trong khi ở làm mát hơi chân không, hiện tượng sôi xảy ra ở 100°C [212°F] hoặc thấp hơn được sử dụng.

Làm Mát Bay Hơi Chân Không Trong Thiết Bị Sản Xuất

Mặc dù về mặt kỹ thuật là trong điều kiện chân không, áp suất bão hòa của hơi nước trong phạm vi nhiệt độ sử dụng trong làm mát bay hơi chân không nằm trong khoảng vài kPa, và không quá khó để giảm áp suất xuống mức đó. Vấn đề là trong quá trình làm mát bay hơi, càng làm mát thì lượng hơi nước sinh ra trên bề mặt truyền nhiệt càng lớn, cần phải được xử lý bằng cách nào đó.

Trong phạm vi áp suất này, thể tích hơi nước lớn hơn hàng trăm hoặc hàng nghìn lần so với nước, vì vậy áp suất sẽ nhanh chóng tăng lên nếu hơi nước sinh ra không được xả ra. Nếu áp suất tăng, làm mát bay hơi sẽ không còn có thể thực hiện ở nhiệt độ mong muốn.

Vì lý do này, hệ thống làm mát bay hơi sử dụng bơm chân không công suất cao không chỉ tạo chân không bằng cách hút không khí mà còn xả hơi nước sinh ra trong quá trình làm mát bay hơi.

Ứng Dụng Làm Mát Bay Hơi Chân Không

Như đã mô tả ở trên, làm mát bay hơi thúc đẩy sự bốc hơi của nước trong phạm vi áp suất chân không và đạt được hiệu suất truyền nhiệt ở phía làm mát tương đương với gia nhiệt bằng hơi nước. Trong công nghiệp, làm mát bay hơi được sử dụng cho các mục đích sau:

• Làm lạnh nhanh và đồng đều để giảm hình thành tạp chất
• Tăng năng suất sản xuất thông qua làm mát hiệu suất cao ngăn chặn các phản ứng tỏa nhiệt
• Giảm thời gian xử lý mẻ bằng cách làm lạnh nhanh hơn

Ngoài ra, bằng cách kết hợp công nghệ làm mát bay hơi với gia nhiệt hơi chân không, có thể chuyển đổi nhanh chóng giữa gia nhiệt và làm mát, đồng thời đạt được kiểm soát nhiệt độ chính xác cao. Do tính lặp lại và kiểm soát cao, hệ thống làm mát bay hơi chân không thường được sử dụng trong các tình huống sau:

• Khi điều chỉnh nhiệt độ nhanh là quan trọng, chẳng hạn như thả nguyên liệu, phản ứng tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt, truyền nhiệt trong bể khuấy, v.v.
• Khi có nhiều tiện ích được sử dụng và mong muốn loại bỏ sự thay đổi nhiệt độ giữa các mẻ sản xuất
• Khi cần xác định nhanh điều kiện quy trình để thử nghiệm sản phẩm mới hoặc cho sản xuất thực tế
• Khi thử nghiệm nhiều điều kiện sản xuất để phát triển sản phẩm mới

Chúng tôi hy vọng bạn thích loạt bài về kiểm soát hơi nước và gia nhiệt/làm mát chân không này. Kiểm soát hiệu quả hơi nước có thể giúp cải thiện năng suất và giảm thời gian xử lý mẻ, đồng thời giảm chi phí năng lượng và diện tích thiết bị.

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương