Pitanje za odabir pritiska
Rezervoar za kiseljenje od nerđajućeg čelika od 10.000 litara sadrži 15% sumporne kiseline na 60 stepeni. Dostupni kotao isporučuje paru pod pritiscima od 2 do 8 bara. Odabir pritiska koji će prolaziti kroz PTFE izmjenjivač topline uključuje balansiranje konkurentskih faktora.
Viši pritisak znači višu temperaturu pare, što povećava termičku pogonsku silu i smanjuje potrebnu površinu. Ali viša temperatura također podiže temperaturu stijenke PTFE cijevi, potencijalno ubrzavajući bilo kakvu kemijsku interakciju s kiselinom za kiseljenje. Niži pritisak izbegava ove probleme, ali zahteva veću površinu, troši zapreminu rezervoara i povećava kapitalne troškove.
Optimalan izbor nije najveći raspoloživi pritisak niti najmanji mogući. To je pritisak koji daje potrebne performanse grijanja uz održavanje temperature stijenke cijevi u sigurnim granicama i za PTFE materijal i za procesnu hemiju.
Fizika prenosa toplote pritiska pare
Temperatura zasićene pare je direktna funkcija pritiska. Na 2 bara, para se kondenzuje na 133 stepena. Na 4 bara, 152 stepena. Na 6 barg, 165 stepeni. Ova temperatura je pokretačka sila koja gura toplinu kroz zid PTFE cijevi u kiselinu za kiseljenje.
Logaritamska srednja temperaturna razlika između pare i kiseline određuje potrebnu površinu za datu toplinu. Rezervoar za kiseljenje od 10.000 litara sa zahtevom za grejanje od 45 kW i parom od 3 bara treba otprilike 10,1 kvadratnih metara površine PTFE. Isti rezervoar sa parom od 6 bara treba samo 7,9 kvadratnih metara.
Smanjenje površine je atraktivno. Manji namotaji koštaju manje i istiskuju manji volumen rezervoara. Ali viša temperatura pare stvara višu temperaturu stijenke cijevi na kiseloj strani, što zaslužuje preispitivanje.
Tabela 1: Performanse PTFE izmjenjivača topline u odnosu na pritisak pare za rezervoar za kiseljenje od 10.000 litara
| Pritisak pare (barg) | Temperatura pare (stepeni) | Potrebna PTFE površina (m²) | Temperatura zida cijevi (stepen) | {0}Vrijeme zagrijavanja (min) | Ocena podobnosti |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 120 | 15.3 | 70-75 | 85 | Konzervativna, velika zavojnica |
| 2.0 | 133 | 12.1 | 78-85 | 68 | Dobar balans |
| 3.0 | 143 | 10.1 | 85-92 | 55 | Optimalno za većinu kiseljenja |
| 4.0 | 152 | 9.1 | 90-98 | 48 | Prihvatljivo uz dobro protresanje |
| 6.0 | 165 | 7.9 | 100-110 | 38 | Gornja granica za sumpornu kiselinu |
Proračuni zasnovani na rezervoaru od 10.000-litara, 15% H₂SO₄, cilj 60 stepeni, U-vrijednost 280 W/m²·K, umjereno miješanje.
Ograničenje temperature zida
Sam PTFE toleriše kontinuirani rad na 260 stepeni. Kiselina za kiseljenje na temperaturi od 60 stepeni ne može razgraditi PTFE. Ograničenje nije uništavanje materijala već interakcija procesne hemije na zidu cijevi.
Kupke za kiseljenje sa kiselinom sadrže otopljene metale koji se talože dok se kiselina hladi u blizini zidova rezervoara. Na zidu PTFE cijevi na 110 stepeni, lokalizirano ključanje je nemoguće, ali temperaturni gradijent može pokretati gradijente koncentracije. Sumporna kiselina na vrućoj površini zida može se lagano koncentrirati kako voda isparava u granični sloj. Ovaj efekat koncentracije je manji ispod temperature zida od 100 stepeni, ali postaje merljiv iznad 110 stepeni.
Za kiseljenje 15% sumporne kiseline, temperatura zida cijevi ispod 100 stepeni drži efekte koncentracije zanemarljivim. Ovo odgovara pritiscima pare od 3-4 bara za uslove u tabeli. Veće koncentracije ili miješane kiseline mogu zahtijevati niži tlak pare.
Praktične smjernice za odabir
Za većinu aplikacija za kiseljenje nehrđajućeg čelika koristeći sumpornu ili hlorovodoničnu kiselinu u umjerenim koncentracijama, para od 3 bara osigurava najbolji balans. Zid cijevi ostaje ispod 95 stepeni. Potrebna površina se može upravljati unutar dimenzija rezervoara. Vrijeme{5}}zagrijavanja je komercijalno prihvatljivo.
Rezervoari za kiseljenje sa velikim gubicima toplote-neizolovani, velika otvorena površina, visoka ispušna ventilacija-mogu imati koristi od pare od 4 bara za prevazilaženje gubitaka bez povećanja veličine zavojnice. Spremnici s agresivnim mješavinama kiselina uključujući HF trebali bi zadano sniziti tlak pare od 2 bara kako bi se minimizirali svi efekti na zid.
Odluka o pritisku pare treba biti dokumentirana u radnim procedurama. Povećanje pritiska iznad projektovanih vrednosti radi kompenzacije zaprljanog namotaja rizikuje prekoračenje bezbednih granica temperature zida. PTFE zavojnica kojoj je potreban veći pritisak pare za održavanje temperature signalizira da je površinskom zaprljanju potrebna pažnja ili da je gubitak topline povećan iz drugih uzroka.
Rezime
Optimalni pritisak pare za PTFE izmjenjivač topline u servisnom rezervoaru za kiseljenje balansira potrebnu površinu u odnosu na temperaturu stijenke cijevi. Za tipične instalacije od 10.000-litara sa umjerenom koncentracijom kiseline, 3 bara osigurava najbolju kombinaciju upravljive veličine zavojnice, prihvatljivog vremena zagrijavanja i bezbedne temperature zida ispod 100 stepeni.
Niži pritisci povećavaju veličinu zavojnice i kapitalne troškove. Viši pritisci smanjuju veličinu zavojnice, ali potiskuju temperaturu zida prema granicama gdje se mogu razviti efekti koncentracije kiseline. Odabir treba biti specifičan za vrstu kiseline, koncentraciju, izolaciju rezervoara i potrebno vrijeme{2}}zagrijavanja.
Inženjerska analiza za dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline i optimizaciju tlaka pare dostupna je nakon podnošenja zapremine rezervoara, tipa kiseline i koncentracije, ciljne radne temperature, uslova okoline, dostupnog raspona pritiska pare i detalja o izolaciji rezervoara.
