El cabal no és només un paràmetre de bombeig
En un bucle d'escalfament químic, l'augment del flux de circulació sovint sembla ser la manera més fàcil de millorar la transferència de calor. Un intercanviador de calor de PTFE pot mostrar una estabilitat a la temperatura de sortida més alta després d'augmentar la velocitat de la bomba, però la millora no continua indefinidament.
Un flux més alt pot reforçar la convecció i reduir la capa límit tèrmica. Al mateix temps, augmenta la caiguda de pressió, augmenta l'energia de bombeig i una càrrega hidràulica excessiva pot generar una major tensió en tubs, col·lectors i connexions.
PerSelecció del cabal de l'intercanviador de calor de PTFE, l'objectiu pràctic no és el cabal màxim. L'objectiu és el millor equilibri entre el rendiment de la transferència de calor-i el cost hidràulic.
Com canvia el cabal la transferència de calor
La relació comença amb la velocitat del fluid:
v=Qv / Aflow
on Qv és el cabal volumètric i Aflow és l'àrea de cabal intern total.
A mesura que augmenta la velocitat, el nombre de Reynolds augmenta generalment:
Re=ρvD / μ
Un nombre de Reynolds més alt pot millorar la transferència de calor convectiva, especialment quan el flux passa d'un règim poc mixt cap a una turbulència més forta.
Això significa que augmentar la circulació pot augmentar el coeficient de transferència de calor efectiu{0}}. Tanmateix, la relació no és lineal.
Després d'un cert punt, un gran augment del cabal pot proporcionar només una modesta millora tèrmica mentre crea una penalització substancial de pressió.
La caiguda de pressió estableix el límit pràctic
La pèrdua de pressió es veu afectada per la velocitat del flux, el diàmetre del tub, la longitud del tub, la viscositat del fluid, els accessoris, els corbes, els col·lectors i la configuració de l'intercanviador.
Per a molts sistemes, la caiguda de pressió augmenta ràpidament a mesura que augmenta la velocitat. La bomba ha de compensar aquesta resistència addicional.
Per tant, la finestra operativa pràctica es pot representar com:
cabal baix → pèrdua de pressió baixa però convecció feble
cabal moderat → transferència de calor millorada amb pèrdua de pressió manejable
cabal excessiu → guany tèrmic limitat amb demanda hidràulica en ràpid augment
Aquesta relació és especialment important enBescanviadors de calor de PTFE per a sistemes de circulació química, on els líquids de procés poden tenir una alta viscositat o contenir sòlids en suspensió.
Una finestra de cabal equilibrat és més útil que un valor màxim
No hi ha un cabal universal adequat per a cada intercanviador de calor de PTFE. El diàmetre del tub, el nombre de circuits, les propietats del fluid i el deure tèrmic requerit canvien l'òptim.
Una comparació preliminar útil es pot estructurar de la següent manera:
| Condició de flux | Efecte de-transferència de calor | Tendència de-caiguda de pressió | Impacte de bombeig | Judici d'enginyeria |
|---|---|---|---|---|
| Baix cabal | Convecció feble | Baixa | Baixa | Apte només quan la càrrega tèrmica és modesta |
| Flux moderat | Bona millora | Moderat | Manejable | Normalment la regió operativa preferida |
| Alt cabal | Més millora però rendiment decreixent | Alt | Augmentat | Requereix la verificació-del capçal de la bomba |
| Flux excessiu | Benefici addicional limitat | Molt alt | Significatiu | En general, poca eficiència del cicle de vida |
El punt de funcionament correcte s'ha de confirmar utilitzant les propietats{0}}de fluids reals del procés en lloc d'un valor de flux copiat d'una altra instal·lació.
Per què el PTFE canvia l'optimització
El PTFE proporciona una forta resistència a la corrosió en molts entorns químics agressius, però la seva conductivitat tèrmica és molt inferior a la dels materials intercanviadors metàl·lics comuns.
En conseqüència, la convecció lateral del fluid-esdevé especialment important.
Un líquid de procés mal circulat pot crear una resistència tèrmica addicional que augmenta la resistència de la paret de PTFE. L'augment del flux pot superar parcialment aquesta limitació.
Tanmateix, això no vol dir que s'hagi d'utilitzar una velocitat extremadament alta per compensar totes les limitacions tèrmiques. L'intercanviador ha de romandre dins del seu embolcall de disseny mecànic i hidràulic.
La selecció de la bomba no es pot separar de la selecció de l'intercanviador
Un intercanviador de calor de PTFE i una bomba de circulació s'han d'avaluar com un sistema hidràulic.
Per a una línia de producció existent, el capçal de bomba disponible ja pot estar limitat per canonades llargues, filtres, dispositius de polvorització, vàlvules o ubicacions elevades del dipòsit.
L'addició d'un intercanviador compacte amb passos de flux estrets pot consumir gran part del capçal de pressió restant.
Un diàmetre de tub més gran o una configuració de flux-paral·lel pot reduir la resistència, tot i que una velocitat excessivament baixa pot reduir l'eficiència-de transferència de calor.
Per aixòCaiguda de pressió de l'intercanviador de calor de PTFEhauria d'aparèixer al costat de l'impost-de transferència de calor a les especificacions tècniques.
Exemple de producció: Tanc de circulació d'àcid
Un procés químic continu requereix un control estable de la temperatura en un bany àcid. El sistema de circulació existent funciona de manera fiable amb el flux de producció normal, però la recuperació de la temperatura es fa lenta quan augmenta la càrrega tèrmica.
L'augment de la velocitat de la bomba millora la recuperació de la temperatura, però la bomba s'acosta a la seva altura màxima i augmenta el consum elèctric.
L'avaluació hidràulica i tèrmica indica que l'intercanviador original té una distribució del cabal insuficient en lloc de simplement una capacitat de bomba insuficient.
Una configuració revisada de l'intercanviador de PTFE que utilitza diverses vies de flux paral·leles pot augmentar la circulació efectiva a través de la secció de transferència de calor-sense requerir el mateix augment de la pressió total de la bomba.
La millora ve deoptimització del-camí de flux, no només augmentar la velocitat de la bomba.
Com seleccionar el cabal pràctic
El procés de selecció hauria d'avaluar diversos punts de funcionament en lloc d'un valor nominal:
Obligació de transferència de calor-
Flux de procés mínim i màxim
Viscositat del fluid a temperatura de funcionament
Densitat del fluid i calor específica
Diàmetre i longitud del tub
Capçal de bomba disponible
Caiguda de pressió admissible
Calefacció-caudal mitjà
Procés-tendència a la contaminació de líquids
Funcionament continu o intermitent
El preferitCaudal de l'intercanviador de calor de PTFEés normalment el punt on la circulació addicional encara produeix una millora tèrmica significativa sense pèrdua de pressió desproporcionada.
Per als enginyers i els equips d'adquisició, una especificació que mostra només la capacitat de l'intercanviador i el cabal nominal és incompleta. Una comparació més útil inclouel servei tèrmic, la velocitat del flux, la caiguda de pressió, la potència de la bomba i la temperatura de funcionament junts.
Aquest enfocament ajuda a prevenir un error de mida comú: comprar un intercanviador de calor amb un excel·lent rendiment teòric de transferència de calor-que no pot funcionar econòmicament dins del sistema de circulació existent.
