Kako zasnovati toplotni izmenjevalnik iz PTFE za zelo nizke-stranske pretoke cevi?
Pustite sporočilo
Pri nekaterih postopkih se dovaja le majhen pretok jedke tekočine, ki zahteva segrevanje ali hlajenje. V tipičnem toplotnem izmenjevalniku PTFE ta nizek pretok povzroči slabo stransko hitrost cevi, laminarni tok in nizek prenos toplote. Pretok mora biti posebej zgrajen, da se spopade s tem." Glavna skrb pri zasnovi PTFE toplotnega izmenjevalnika z nizkim stranskim pretokom cevi ni le toplotna obremenitev, temveč tudi zadostna hitrost za ohranjanje dobre toplotne učinkovitosti.
Ključni problem: Laminarni tok z nizko prepustnostjo
V pogojih laminarnega toka postane prenos toplote znotraj cevi neučinkovit. V tem režimu tekočina potuje v laminarnih, stratificiranih tokovih z malo notranjega mešanja. Toplota mora teči večinoma s prevodnostjo skozi te plasti, kar je počasno in neučinkovito.
Primarni cilj načrtovanja je usmeriti tok k prehodnemu ali turbulentnemu vedenju. To običajno zahteva minimalno hitrost, pogosto nad približno 1 m/s, odvisno od parametrov tekočine. To hitrost je težko doseči pri nizkem skupnem pretoku, razen če območje pretoka ni umetno omejeno.
Iz tega razloga je geometrija strani-cevi glavni vzvod oblikovanja.
Povečanje hitrosti z zmanjšanjem pretočne površine
Rešitev cevi manjšega premera neposredno
Eden najboljših načinov za to je zmanjšanje notranjega premera cevi. Za dano volumetrično stopnjo pretoka zmanjšanje površine pretoka neposredno poveča hitrost. Učinkovita hitrost se podvoji, ko se območje pretoka prepolovi.
Komercialno so na voljo standardne PTFE cevi z notranjim premerom 4, 6, 8 in 10 mm. Pri zelo nizkih stopnjah pretoka lahko izbira manjšega premera (na primer 4 mm namesto 8 mm) znatno poveča toplotno učinkovitost s povečanjem stranske hitrosti cevi.
Ta tehnika neposredno pomaga pri oblikovanju PTFE toplotnih izmenjevalcev z nizkim stranskim pretokom cevi, kadar hidravlične omejitve vplivajo na delovanje.
Toda majhne cevi imajo svoje težave. Težja izdelava. Izguba tlaka se močno poveča. Tveganje umazanije ali zamašitve se poveča, zlasti pri tekočinah, ki vsebujejo delce ali oborine.
Multi{0}}konfiguracija za pospešitev
Prisilni pretok skozi manj aktivne cevi
Nadomestni ali dopolnilni pristop so stranske nastavitve z več{0}}prehodnimi cevmi-. V 2- ali 4-prehodnem izmenjevalniku je celoten tok progresivno usmerjen skozi podmnožice cevnega snopa, namesto da bi se razširil po vseh ceveh hkrati.
To učinkovito zmanjša območje aktivnega pretoka pri vsakem prehodu in poveča hitrost v vsakem segmentu. Celotna zmogljivost izmenjevalnika je nespremenjena, vendar je toplotna učinkovitost izboljšana z izboljšanjem koncentracije notranjega pretoka.
Pri več{0}}nastavitvi se pogosto uporabljajo razdeljeni zbiralniki za preusmeritev toka pri vsakem prehodu, tako da tekočina teče skozi bolj omejen kanal, preden zapusti izmenjevalnik.
Nizki-kompromisi-zasnove pretoka
Hitrost, padec tlaka in tveganje za obraščanje-
Vsak pristop oblikovanja ima svoje kompromise, ki jih je treba ustrezno pretehtati.
Cevi z manjšim premerom povečajo padec tlaka in je večja verjetnost, da se zamašijo ali zamašijo. To še posebej velja za sisteme PTFE, ki ravnajo s kemično ostrimi tekočinami ali tekočinami-polnimi delci.
Več{0}}prehodni sistemi povečajo hidravlični upor v zbiralnikih in lahko tudi zmanjšajo toplotno učinkovitost v določenih temperaturnih okoliščinah. Povečana kompleksnost porazdelitve toka lahko povzroči tudi neenakomerno obremenitev cevi, če ni ustrezno uravnotežena.
Ena pomembna metrika, ki jo je treba upoštevati, je Reynoldsovo število. Reynoldsovo število zagotavlja praktičen vodnik glede tega, ali je tok še vedno laminaren ali se premika proti učinkovitejšim režimom mešanja.
Načrtovanje pogojev nizkega pretoka Praktične smernice
V praksi se preproste mejne vrednosti običajno uporabljajo za sprejemanje odločitev pri zelo nizkih stopnjah pretoka-ob strani cevi. Za pretoke < približno 500 L/h se običajno upošteva:
Manjši premeri cevi za fokusiranje pretoka in povečanje hitrosti
Več{0}}nastavitve za zmanjšanje efektivne površine pretoka na prehod
Mešane tehnike, ki vključujejo obe taktiki za uravnoteženo izvedbo
Končna izbira je odvisna od dovoljenega padca tlaka, tveganja obraščanja in omejitev izdelave, povezanih s cevnimi sistemi iz PTFE.
Sklepi: Hitrost, vodilna spremenljivka načrta
