Visoko termičko opterećenje ne znači visok površinski toplotni tok
Hemijska kupka može zahtijevati značajan kapacitet grijanja, ali jednostavno povećanje srednje{0}}temperature grijanja nije uvijek najbolji način da se postigne potreban termički učinak.
Za PTFE izmjenjivač topline,površinski toplotni tokopisuje koliko se toplote prenosi kroz svaku jedinicu efektivne površine izmenjivača:
q'' = Q / A
gdjeq''je površinski toplotni tok,Qje termičko opterećenje, iAje efektivna površina{0}}prijenosa topline.
Parametar je bitan jer se isti ukupni učinak grijanja može postići ili sa većom površinom pri umjerenom toplotnom toku ili manjom površinom koja radi pri većem toplotnom toku.
Za korozivne hemijske kupke, taj izbor utiče na ujednačenost temperature, mehaničku stabilnost PTFE, sklonost zarastanju i životni vek opreme.
Zašto veći toplotni tok nije uvijek bolji
Smanjenje površine izmjenjivača uz održavanje istog termičkog opterećenja povećava toplinski tok. Ovo može učiniti opremu kompaktnijom, ali toplinsko opterećenje postaje koncentrisano na manjoj površini.
Veći toplotni tok može proizvesti veću lokalnu temperaturnu razliku između medija za grijanje, PTFE stijenke i procesne tekućine. Ako je cirkulacija nedovoljna, tekućina koja se nalazi neposredno uz površinu izmjenjivača može se zagrijati mnogo brže od kupke.
Ovo stvara praktični inženjerski sukob:
veći toplotni tok → manji izmjenjivač → niži početni trošak opreme
manji toplotni tok → veći izmjenjivač → veća termička margina i potencijalno bolja temperaturna stabilnost
Optimum zavisi od procesa, a ne samo od kompaktnosti izmenjivača.
PTFE dodaje materijalnu-specifičnu termičku otpornost
PTFE ima odličnu hemijsku otpornost u mnogim agresivnim procesnim okruženjima, ali njegova toplotna provodljivost je relativno niska u poređenju sa metalima koji se obično koriste u izmenjivačima toplote.
Toplina stoga mora proći kroz PTFE zid prije nego što dođe do procesne tekućine. Ukupna toplotna otpornost uključuje grijaću-srednju stranu, PTFE zid i procesnu{2}}stranu tečnosti.
Pojednostavljeni odnos otpora može se izraziti kao:
1/U=1/h₁ + Rwall + 1/h₂
gdjeUpredstavlja ukupne performanse{0}}prijenosa topline,h₁ih₂predstavljaju koeficijente prijenosa topline-na strani fluida{1}}, iRwallpredstavlja toplotni otpor zida.
Kada je cirkulacija procesa slaba, otpor-na strani fluida može postati značajan. Jednostavno povećanje temperature-srednje temperature grijanja tada može povećati temperaturu površine bez proporcionalnog poboljšanja kupke.
Površinski toplotni tok treba da odgovara cirkulaciji procesa
Visok toplotni tok zahteva adekvatno kretanje tečnosti preko površine izmenjivača.
Ako je cirkulacija jaka, zagrijana tekućina se brzo odvodi i zamjenjuje hladnijom procesnom tekućinom. Ovo poboljšava termičko korištenje izmjenjivača.
Ako je cirkulacija slaba, termički granični sloj postaje deblji. Lokalno grijanje se povećava, dok temperatura u rasutom stanju reagira sporo.
Ovo je posebno važno u koncentriranim kiselim otopinama, gdje se viskoznost može povećati i prirodna cirkulacija može postati nepouzdana.
Praktično poređenje toplotnog{0}}toka
| Pristup dizajnu | Površinski toplotni tok | Potrebna površina | Termičko ponašanje | Glavna briga |
|---|---|---|---|---|
| Kompaktni izmjenjivač | Visoko | Mala | Brzo lokalno grijanje | Veća termička koncentracija |
| Balansiran dizajn | Umjereno | Srednje | Stabilna distribucija toplote | Zahtijeva pravilno usklađivanje protoka |
| Konzervativni dizajn | Nisko | Veliki | Veća termička margina | Veći trošak opreme i prostora za ugradnju |
| Predimenzionirani izmjenjivač | Veoma nisko | Veoma veliki | Potencijalno malo opterećenje površine | Loša iskorištenost površine |
Tabela je konceptualni vodič za odabir. Stvarni dozvoljeni toplotni tok treba odrediti na osnovu konstrukcije izmjenjivača, svojstava procesne{1}}tečnosti, radne temperature, cirkulacije i ograničenja dizajna proizvođača.
Kiselim kupkama je potrebno više od termičkog proračuna
U kiseloj hemijskoj kupki, kompatibilnost materijala ostaje osnovni uslov. Koncentracija kiseline, temperatura, zagađivači i vrijeme izlaganja mogu utjecati na dugoročno-ponašanje PTFE-a.
Dizajn koji radi na umjerenom površinskom toplotnom toku može obezbijediti dodatnu termičku marginu smanjenjem potrebe za ekstremnim grijanjem{0}}srednje temperature.
Ovo ne eliminiše analizu hemijske kompatibilnosti. Izbor PTFE i dalje zahtijeva verifikaciju u odnosu na stvarnu hemiju procesa i radnu temperaturu.
Primjer proizvodnje iz kiselog grijanja
Uzmite u obzir kontinuirani kiseli procesni rezervoar u kojem ciljna temperatura kupke mora ostati stabilna uprkos tome što ulazni rastvor ulazi ispod radne temperature.
U početku je odabran kompaktni izmjenjivač jer je raspoloživi prostor za instalaciju ograničen. Tokom proizvodnje, izmjenjivač postiže željeni termički rad, ali se temperaturna varijacija razvija oko zone grijanja.
Inspekcija pokazuje da je prostor izmjenjivača adekvatan iz perspektive ukupne-radnosti. Problem je lokalna koncentracija topline u kombinaciji sa nedovoljnom cirkulacijom u blizini dijela površine izmjenjivača.
Revidirani dizajn može povećati efektivnu površinu i poboljšati distribuciju protoka umjesto jednostavnog povećanja temperature{0}}srednje temperature grijanja.
Promjena smanjuje toplinsko opterećenje po jedinici površine uz poboljšanje jednoličnosti-temperature tečnosti.
Kako inženjeri treba da koriste toplotni tok tokom odabira
Površinski toplotni tok treba procijeniti zajedno sa:
Potreban termički rad
Efektivna površina{0}}prijenosa topline
Grijanje{0}}srednja temperatura
Temperatura procesa
Proces{0}}brzina cirkulacije tečnosti
Viskozitet fluida
PTFE debljina zida
Sklonost obrađivanju
Geometrija rezervoara
Dozvoljena varijacija temperature
ZaPovršinski toplotni tok PTFE izmenjivača toplote, najbolja vrijednost nije nužno najviša dostižna vrijednost. Uravnotežen toplotni tok koji odgovara kapacitetu cirkulacije i ograničenjima materijala može pružiti pouzdaniju kontrolu temperature.
Za odluke o nabavci, poređenje samo površine izmjenjivača ili ukupnog kapaciteta grijanja može sakriti značajne termalne razlike. Jača specifikacija procjenjujetermičko opterećenje, efektivna površina, površinski toplotni tok, cirkulacija i radna temperatura kao jedan dizajn paketa.
