Speciális vegyi üzem egy körülbelül 20 000 mPa·s viszkozitású polimer oldat üzemi hőmérsékleten történő melegítéséhez. A meglévő PTFE merülőfűtő négy hónap után meghibásodott. A hüvelyen puha, hólyagos sáv látható az alsó fűtött szakaszon, és a szigetelési ellenállás 10 MΩ alá esett. A fűtőtestet 1,2 W/cm²-re határozták meg, ami megfelelő volt a vízhez, de túlságosan agresszív a viszkózus polimer oldathoz.
A nagy viszkozitású folyadékok alapvető hőátadási kihívást jelentenek. A fűtőfelületen lévő vastag termikus határréteg felfogja a hőt, és a fűtőfelület hőmérséklete jóval az ömlesztett folyadék hőmérséklete fölé emelkedik. A biztonságos wattsűrűség a viszkozitással arányosan csökken. A fűtőberendezés konfigurációját úgy kell megtervezni, hogy kis wattsűrűség mellett biztosítsa a szükséges felületet, és a fűtőfelületen az áramlást fenn kell tartani a határréteg vastagságának csökkentése érdekében.
A hőátadási probléma nagy viszkozitású folyadékokban
A vízének 100-szoros viszkozitású folyadékban a konvektív hőátbocsátási tényező a víz értékének 10-20%-a. Az adott hőáram átadásához szükséges hőmérsékletkülönbség ennek megfelelően nagyobb. Egy 100×-os viszkozitású folyadékban 1,0 W/cm² teljesítménnyel működő fűtőberendezés esetén a felületi -tömeg-hőmérséklet közötti különbség 40–60 fok lehet.
A magas felületi hőmérséklet felgyorsítja a PTFE lebomlását. A polimer meglágyul, elveszíti a méretstabilitást, és áteresztőbbé válik. A fűtés kívülről befelé meghibásodik.
| Folyadék viszkozitása | Vízhez viszonyítva | Konvektív együttható | Felületi 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 |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 fok | 1,0–1,3 W/cm² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 fok | 0,6–0,9 W/cm² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 fok | 0,4–0,6 W/cm² |
Hőátadás és biztonságos wattsűrűség nagy viszkozitású folyadékokhoz
A Multi{0}}Pass konfiguráció
A több-menetes konfiguráció nagyobb területen osztja el a fűtőfelületet, csökkentve az egységnyi felületre eső wattsűrűséget. A járatok úgy vannak elrendezve, hogy maximalizálják a felületet a rendelkezésre álló edénytérfogaton belül, és lehetővé tegyék közöttük az áramlást.
6 kW-os üzemhez 0,7 W/cm² mellett a szükséges felület 8571 cm². Az 50 mm-es köpenyátmérővel és nyolc, egyenként 700 mm-es átmenettel rendelkező több-átmenetes fűtőberendezés körülbelül 8796 cm²{10}}elégséges a feladathoz. A járatok 40-50 mm távolságra vannak egymástól, hogy lehetővé tegyék az áramlást közöttük.
| Watt | Biztonságos wattsűrűség | Szükséges felület | 50 mm-es hüvelynél átmegy | Pass Length | Pass Spacing |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0,7 W/cm² | 4286 cm² | 4 | 700 mm | 40 mm |
| 4 kW | 0,7 W/cm² | 5714 cm² | 5 | 700 mm | 40 mm |
| 5 kW | 0,7 W/cm² | 7143 cm² | 7 | 700 mm | 45 mm |
| 6 kW | 0,7 W/cm² | 8571 cm² | 8 | 700 mm | 45 mm |
| 8 kW | 0,7 W/cm² | 11 429 cm² | 10 | 700 mm | 50 mm |
Több-menetes konfigurációk nagy viszkozitású polimer oldatokhoz
Áramlásnövelés viszkózus folyadékokhoz
A több-menetes konfiguráció önmagában nem elegendő viszkózus folyadékban. Fenn kell tartani az áramlást a fűtőfelületen a határréteg vastagságának csökkentése érdekében. Egy dedikált oktató vagy egy kis recirkulációs szivattyú irányíthatja az áramlást a járatokon.
A 0,3-0,5 m/s helyi sebesség elegendő a határréteg vastagságának csökkentéséhez és a felületi hőmérséklet 15-25 fokkal történő csökkentéséhez. Az áramlásnak nem kell erősnek lennie,{5}}a fűtőfelületre kell irányítani.
| Áramlásnövelési módszer | Helyi sebesség | Felületi ΔT csökkentés | Végrehajtás |
|---|---|---|---|
| Pedagógus a fűtésnél | 0.3–0.5 m/s | 15-25 fok | Kis szivattyú vagy sűrített levegő |
| Recirkulációs hurok | 0.4–0.6 m/s | 20-30 fok | Szivattyú és csövek |
| Mechanikus keverés | 0.2–0.4 m/s | 10-20 fok | Keverő vagy keverő |
| Szórócső | 0.1–0.2 m/s | 8-15 fok | Sűrített levegő |
Áramlásnövelő módszerek viszkózus folyadékokhoz
Reaktorgeometriai szempontok
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.
Az érfalat követő ívelt, több{0}}útvonalas konfiguráció maximalizálja a felületet a gyűrű alakú térben. A járatok egy gyűrűben vannak elrendezve a keverő körül, köztük áramlási csatornákkal.
Amikor a szabványos fűtőtest nem használható
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.
Az egyedi PTFE merülőfűtő-konfiguráció több menettel, alacsony watt-sűrűséggel és áramlásnöveléssel a nagy viszkozitású polimer megoldásokhoz készült. A specifikációs eljárás megköveteli a folyadék viszkozitását üzemi hőmérsékleten, az edény méreteit, a keverő típusát és fordulatszámát, a szükséges teljesítményt és a hőmérséklet egyenletességi követelményét.
