Egy speciális vegyi üzem olyan reaktort üzemeltetett, amely körülbelül 15 000 mPa·s viszkozitású polimer oldatot dolgozott fel üzemi hőmérsékleten. A meglévő PTFE merülőfűtő négy hónap után meghibásodott. A köpeny lágy, hólyagos sávot mutatott az alsó fűtött szakaszon, és a szigetelési ellenállás 8 MΩ alá esett. A reaktort nem a hagyományos értelemben keverték,{6}}lassú lapátkeverőt használt, amely finoman mozgatta a viszkózus folyadékot, de nem hozott létre turbulens áramlást a fűtőburkolaton.
A viszkózus folyadékok hőátadási viselkedésükben alapvetően különböznek a víz{0}}alapú fürdőktől. A fűtőburkolat határrétege vastag és stabil. A természetes konvekció gyenge. A fűtőberendezés által termelt hő nem tud hatékonyan távozni, és a köpeny hőmérséklete jóval az ömlesztett folyadék hőmérséklete fölé emelkedik.
A viszkózus folyadékok hőátadási problémája
A viszkózus folyadékban a konvektív hőátbocsátási tényező alacsony. A víz viszkozitása 100-szorosának megfelelő folyadék esetén az együttható a víz értékének 10-20%-a lehet. Az adott hőáram átadásához szükséges hőmérsékletkülönbség ennek megfelelően nagyobb.
Egy viszkózus folyadékban 1,0 W/cm²-es PTFE merülőfűtő esetén a köpeny---hőmérséklet közötti különbség 40-60 fok lehet. Egy víz-alapú fürdőben azonos wattsűrűség mellett a rés 12-18 fok. A nagyobb rés azt jelenti, hogy a burkolat sokkal magasabb hőmérsékleten működik ugyanazon a térfogati hőmérsékleten.
| Folyadék viszkozitása | Vízhez viszonyítva | Konvektív együttható | Köpeny ΔT 1,0 W/cm²-nél | Biztonságos wattsűrűség |
|---|---|---|---|---|
| Víz | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 fok | 1,5–2,0 W/cm² |
| Könnyű olaj | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 fok | 1,0–1,3 W/cm² |
| Polimer oldat | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 fok | 0,6–0,9 W/cm² |
| Nehéz polimer | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 fok | 0,4–0,6 W/cm² |
Hőátadás és biztonságos wattsűrűség viszkózus folyadékokhoz
A fűtőelem módosítása viszkózus szolgáltatáshoz
A fűtőberendezést módosítani kell, hogy biztonságosan működjön a viszkózus folyadékban. A módosítások a burkolat hőmérsékletét meghatározó három tényezőre vonatkoznak: a wattsűrűségre, a felületre és az áramlásra.
A wattsűrűséget a folyadék viszkozitásának biztonságos tartományára kell csökkenteni. A víz 100-szoros viszkozitású polimer oldatainál a biztonságos wattsűrűség 0,6–0,9 W/cm². Ez nagyobb felületet igényel azonos teljesítmény mellett.
Nagyobb felület érhető el több-útvonallal vagy kiterjesztett konfigurációval. A vízben kompakt kötegként működő fűtőtest hosszú, elosztott elemmé válik a viszkózus folyadékban.
Az áramlást a hüvelynél javítani kell. A lassú lapátos keverő nem hoz létre áramlást a fűtőfelületen. Egy dedikált oktató vagy egy kis recirkulációs szivattyú irányíthatja az áramlást a burkolaton keresztül, csökkentve a határréteg vastagságát és csökkentve a burkolat hőmérsékletét.
| Módosítás | Hatás a burkolat hőmérsékletére | Végrehajtás |
|---|---|---|
| Csökkentse a wattsűrűséget 0,7 W/cm²-re | 15-25 fokkal alacsonyabb | Nagyobb felület |
| Növelje a felületet 2-szeresére | 10-15 fokkal alacsonyabb | Több-útvonalas konfiguráció |
| Adja hozzá az oktatót a hüvelyhez | 15-25 fokkal alacsonyabb | Kis szivattyú vagy sűrített levegő |
| Adjon hozzá recirkulációs hurkot | 20-30 fokkal alacsonyabb | Szivattyú és csövek |
A viszkózus kezelés módosításai és azok hatása a burkolat hőmérsékletére
A reaktorgeometriai kihívás
Egy vegyi reaktornak gyakran más a geometriája, mint a bevonótartálynak. A reaktor hengeres lehet, teteje és alja kupolás, központi keverőtengellyel és terelőlemezekkel. A fűtőberendezés számára rendelkezésre álló hely a keverő és az edény fala közötti gyűrű alakú tartományra korlátozódik.
Előfordulhat, hogy a nagy felületű több-áteresztő fűtőberendezés nem fér el a gyűrű alakú térben. A fűtőtestet úgy kell megtervezni, hogy kövesse az edény falának görbületét, vagy beférjen a rendelkezésre álló térbe anélkül, hogy a keverőt zavarná.
| Reaktor típusa | Rendelkezésre álló hely | Javasolt fűtési konfiguráció |
|---|---|---|
| Hengeres, keverős | Gyűrűs rés | Ívelt több{0}}bérlet |
| Hengeres, nincs keverő | Teljes hangerő | Központi több{0}}bérlet |
| Kabáttal ellátott edény | Belső tekercstér | Tekercs vagy bajonett |
| Kis reaktor | Korlátozott | Kompakt alacsony -watt-sűrűség |
A reaktor geometriája és a fűtőberendezés konfigurációja
Amikor egy szabványos fűtőelem nem módosítható
Ha a reaktor nem képes befogadni az alacsony wattsűrűséghez szükséges felületet, lehetőség van a teljesítmény csökkentésére, rövidebb élettartam elfogadására vagy alternatív fűtési mód alkalmazására. Egy külső hőcserélő alkalmasabb lehet viszkózus kiszolgálásra, mert kisebb térfogatban nagyobb felületet tud biztosítani.
Amikor egyéni konfigurációra van szükség
Az egyedi PTFE merülő fűtőberendezés kis wattsűrűséggel, nagy felülettel és áramlásnöveléssel a viszkózus reaktorok kiszolgálására készült. A specifikációs eljárás megköveteli a folyadék viszkozitását üzemi hőmérsékleten, a reaktor méreteit, a keverő típusát és fordulatszámát, a szükséges teljesítményt és a hőmérséklet egyenletesség követelményét.
