Srauto tvarka, kuri nustato efektyvumą
Cheminio apdorojimo įrenginyje reikalingas PTFE šilumokaitis, kad proceso skystis pašildytų nuo 40 laipsnių iki 80 laipsnių, naudojant eksploatacinį skystį, kuris įeina 120 laipsnių ir išeina 90 laipsnių. Šilumos apkrova 50 kW.
Taikant priešpriešinį srautą, proceso skystis teka priešinga kryptimi nei aptarnavimo skystis. Temperatūros skirtumai abiejuose galuose yra: karštasis galas (aptarnavimo įėjimas 120 laipsnių – proceso išėjimas 80 laipsnių )=40 laipsnis ir šaltasis galas (serviso išėjimas 90 laipsnių – proceso įėjimas 40 laipsnių)=50 laipsnis . Vidutinės temperatūros skirtumas (LMTD) yra maždaug 44,8 laipsnio.
Taikant lygiagretų{0}}srauto išdėstymą, proceso skystis teka ta pačia kryptimi kaip ir aptarnavimo skystis. Temperatūros skirtumai abiejuose galuose yra: įėjimo galas (aptarnavimo įėjimas 120 laipsnių – proceso įėjimas 40 laipsnių )=80 laipsnis ir išleidimo galas (serviso išėjimas 90 laipsnių – proceso išėjimas 80 laipsnių)=10 laipsnis . LMTD yra maždaug 34,2 laipsnio.
Kryžminio-srauto išdėstymo, kai abu skysčiai nesumaišyti, LMTD yra tarp priešpriešinio-srauto ir lygiagretaus srauto{2}}srauto verčių. Šiuo atveju LMTD yra maždaug 41,5 laipsnio.
Skaitiklio-srauto išdėstymas užtikrina didžiausią LMTD ir mažiausią reikalingą paviršiaus plotą. Lygiagretus -srauto išdėstymas užtikrina mažiausią LMTD ir didžiausią reikalingą paviršiaus plotą. Kryžminis srauto išdėstymas- suteikia tarpinę reikšmę.
Efektyvumo{0}}NTU metodas
Efektyvumo{0}}NTU metodas pateikia išsamesnį srauto išdėstymo efekto aprašymą. Efektyvumas yra tikrojo šilumos perdavimo ir didžiausio galimo šilumos perdavimo santykis. NTU yra perdavimo vienetų skaičius, apibrėžtas kaip NTU=UA/C_min, kur U yra bendras šilumos perdavimo koeficientas, A yra paviršiaus plotas, o C_min yra mažesnis iš dviejų skysčio šilumos talpos rodiklių.
Tam tikro NTU efektyvumas priklauso nuo srauto išdėstymo ir šilumos talpos santykio. Skaitiklio-srauto išdėstymas užtikrina didžiausią efektyvumą visoms NTU ir šilumos talpos santykio reikšmėms. Lygiagretus-srauto išdėstymas suteikia mažiausią. Kryžminio srauto išdėstymas suteikia tarpinę vertę, kuri priklauso nuo to, ar skysčiai sumaišyti, ar nemaišyti.
Kai šilumos talpos santykis yra 0,5 ir NTU 2,0, skaitiklio srauto efektyvumas yra maždaug 0,75, kryžminio srauto efektyvumas yra maždaug 0,70, o lygiagrečiojo srauto efektyvumas yra maždaug 0,62.
Lygiagretaus srauto paviršiaus ploto bauda
Mažesnis lygiagretaus srauto{0}}srauto LMTD reikalauja didesnio paviršiaus ploto tai pačiai šilumos apkrovai. Pavyzdžiui, skaitiklio-srauto išdėstymui reikalingas 5,6 m² paviršiaus plotas, kryžminiam-srauto išdėstymui reikia 6,0 m², o lygiagrečiam-srauto išdėstymui reikia 7,3 m².
Lygiagrečiam-srauto išdėstymui reikalingas 30 % didesnis paviršiaus plotas nei priešpriešiniam-srauto išdėstymui. PTFE šilumokaityje, kurio paviršiaus plotas yra brangus, papildomas plotas padidina kapitalo sąnaudas maždaug 25–30%.
Kryžminio-srauto išdėstymui reikia 7 % didesnio paviršiaus ploto nei priešpriešinio srauto-tvarkei. Papildomas plotas padidina kapitalo sąnaudas maždaug 5–7%.
Kodėl PTFE šilumokaičiai yra jautrūs srauto išdėstymui
PTFE šilumokaičiai yra jautresni srauto išdėstymui nei metaliniai šilumokaičiai, nes vamzdžio sienelių varža yra didelė, o bendras šilumos perdavimo koeficientas yra mažas. Mažas koeficientas reiškia, kad reikalingas didelis paviršiaus plotas, o srauto išdėstymo efektas LMTD tiesiogiai virsta paviršiaus ploto nuobauda.
Metaliniame šilumokaityje didelis bendras koeficientas reiškia, kad paviršiaus plotas yra mažas, o srauto išdėstymo efektas yra mažiau reikšmingas absoliučiais skaičiais. Lygiagrečio srauto kapitalo sąnaudų bauda yra mažesnė.
PTFE šilumokaityje mažas koeficientas reiškia, kad paviršiaus plotas yra didelis, o srauto išdėstymo efektas yra reikšmingas absoliučiais skaičiais. Lygiagrečio srauto kapitalo sąnaudų bauda yra didesnė.
Srauto išdėstymo efekto kiekybinis įvertinimas
Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinamas LMTD, reikalingas paviršiaus plotas ir kapitalo sąnaudos įvairiems srautų išdėstymui PTFE šilumokaityje, kurio šiluminė apkrova 50 kW ir bendras koeficientas 200 W/m²·K.
| Srauto išdėstymas | LMTD | Reikalingas paviršiaus plotas | Santykinis paviršiaus plotas | Kapitalo sąnaudos | Santykinė kapitalo kaina |
|---|---|---|---|---|---|
| Srautas- | 44,8 laipsnio | 5.6 m² | 100% | $28,000 | 100% |
| Kryžminis srautas-, abu skysčiai nesumaišyti | 41,5 laipsnio | 6.0 m² | 107% | $29,500 | 105% |
| Kryžminis-tekėjimas, sumaišytas vienas skystis | 39,8 laipsnio | 6.3 m² | 113% | $31,000 | 111% |
| Kryžminis-tekėjimas, abu skysčiai sumaišyti | 37,5 laipsnio | 6.7 m² | 120% | $33,000 | 118% |
| Lygiagretus{0}}srautas | 34,2 laipsnio | 7.3 m² | 130% | $35,500 | 127% |
| Prieš-srautas su 2 apvalkalo praėjimais | 43,5 laipsnio | 5.7 m² | 102% | $28,500 | 102% |
| Priešinis srautas- su 4 apvalkalais | 44,2 laipsnio | 5.65 m² | 101% | $28,200 | 101% |
Kapitalo sąnaudų vertės yra apskaičiuotos pagal paviršiaus plotą ir 5000 USD už m² PTFE šilumokaičio kainą. Prieš-srauto susitarimas užtikrina mažiausias kapitalo sąnaudas, o lygiagretus-srauto susitarimas – didžiausią.
Praktinės srauto išdėstymo ribos
Praktines srauto išdėstymo ribas lemia šilumokaičio geometrija ir proceso reikalavimai.
Srautas-.Priešpriešinis srautas- užtikrina didžiausią efektyvumą, tačiau reikalinga geometrija, leidžianti dviem skysčiams tekėti priešingomis kryptimis. Korpuso-ir Tikram skaitiklio-srauto išdėstymui reikalingas koncentrinis vamzdis arba plokštelinio šilumokaičio geometrija.
Kryžminis- srautas.Kryžminis srautas yra labiausiai paplitęs korpuso-ir vamzdžių šilumokaičių Kryžminio srauto išdėstymas užtikrina tarpinį efektyvumą ir yra lengviau pagaminamas nei tikras priešinis srautas.
Lygiagretus{0}}srautas.Lygiagretusis{0}}srautas užtikrina mažiausią efektyvumą ir retai naudojamas šilumokaičiuose, nes jam reikia didžiausio paviršiaus ploto. Jis naudojamas tik tais atvejais, kai temperatūrų skirtumas yra didelis ir paviršiaus ploto bauda yra priimtina.
Dizaino ypatybės, pagerinančios srauto organizavimo efektyvumą
Kelios konstrukcijos ypatybės pagerina srauto išdėstymo efektyvumą PTFE šilumokaityje.
Keli apvalkalo praėjimai.Šilumokaitis, turintis kelis apvalkalo praėjimus, apytiksliai priešpriešinį srautą{0}}atlieka labiau nei vienas korpuso praėjimas. Daugkartinis praėjimas sumažina temperatūros kryžmę ir padidina LMTD.
Buffle dizainas.Deflektorių konstrukcija nustato apvalkalo{0}}šoninio srauto modelį. Skersinį srautą skatinantis pertvaros{2}} dizainas užtikrina didesnį šilumos perdavimo koeficientą nei lygiagretus srautas.
Vamzdžio leidimų išdėstymas.Vamzdžio praėjimo išdėstymas nustato vamzdžio{0}}šoninio srauto kryptį. Kelių-praėjimų išdėstymas, kai leidimai išdėstyti pagal prieš-srauto modelį, užtikrina didesnį efektyvumą nei vieno-praėjimo išdėstymas.
Pelekai arba patobulinti paviršiai.Vamzdžio paviršius su pelekais arba sustiprintais paviršiais padidina šilumos perdavimo koeficientą ir sumažina jautrumą srauto išdėstymui.
Srauto paskirstymo antraštė.Srauto paskirstymo kolektorius užtikrina vienodą srautą per vamzdžių pluoštą, o tai pagerina srauto išdėstymo efektyvumą.
Skirtingų programų srautų išdėstymo palyginimas
Šioje lentelėje apibendrinamas rekomenduojamas srauto išdėstymas įvairiems PTFE šilumokaičiams.
| Taikymas | Rekomenduojamas srauto išdėstymas | Priežastis | Alternatyva |
|---|---|---|---|
| Šildymas garais | Srautas- | Maksimalus LMTD, minimalus paviršiaus plotas | Kryžminis- srautas su keliais praėjimais |
| Aušinimas atšaldytu vandeniu | Srautas- | Maksimalus LMTD, minimalus paviršiaus plotas | Kryžminis- srautas |
| Apdoroti-, kad-apdorotų mainus | Srautas- | Maksimalus šilumos atgavimas | Kryžminis- srautas |
| Šildymas klampus skystis | Kryžminis- srautas | Geresnis srauto paskirstymas, mažesnis slėgio kritimas | Lygiagretus{0}}srautas |
| Aukštos{0}}temperatūros paslauga | Srautas- | Minimali sienos temperatūra | Kryžminis- srautas |
| Užteršimo paslauga | Kryžminis- srautas | Geresnis šveitimas, mažesnis užsiteršimo lygis | Lygiagretus{0}}srautas |
| Kompaktiškas montavimas | Kryžminis- srautas | Paprastesnė geometrija, mažesnis plotas | Priešinis srautas- su keliais praėjimais |
Daugumoje programų teikiama pirmenybė skaitiklio-srauto išdėstymui, nes jis užtikrina didžiausią efektyvumą ir mažiausią paviršiaus plotą. Kryžminio srauto išdėstymas yra pageidautinas klampių skysčių ir užsiteršimo paslaugai, nes jis užtikrina geresnį srauto paskirstymą ir mažesnį užsiteršimą.
Srauto išdėstymo specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, nurodantys PTFE šilumokaitį, su tiekėju turėtų patvirtinti šiuos parametrus.
Proceso temperatūros.Nurodykite proceso skysčio įleidimo ir išleidimo temperatūras.
Eksploatacinės temperatūros.Nurodykite aptarnavimo skysčio įleidimo ir išleidimo angos temperatūrą.
Šilumos apkrova.Nurodykite šilumos apkrovą ir numatomą diapazoną.
Srauto išdėstymas.Nurodykite srauto išdėstymą pagal proceso reikalavimus ir turimą erdvę.
LMTD.Nurodykite pasirinkto srauto išdėstymo LMTD.
Paviršiaus plotas.Nurodykite šilumos apkrovai reikalingą paviršiaus plotą ir LMTD.
Korpuso praėjimų skaičius.Nurodykite apvalkalo praėjimų skaičių. Keli važiavimai apytiksliai skaitiklis-teka tiksliau.
Buffle dizainas.Nurodykite apvalkalo{0}}šoninio srauto modelio pertvaros dizainą.
Srauto organizavimo suderinimas su proceso reikalavimais
Srauto išdėstymas lemia LMTD, reikiamą paviršiaus plotą ir PTFE šilumokaičio kapitalo sąnaudas. Prieš-srautas užtikrina didžiausią LMTD ir mažiausią paviršiaus plotą. Kryžminis srautas- suteikia tarpinę reikšmę. Lygiagretusis srautas{5}} suteikia mažiausią LMTD ir didžiausią paviršiaus plotą.
Srauto išdėstymas turi būti parenkamas atsižvelgiant į proceso temperatūrą, šilumos apkrovą ir turimą erdvę. Daugumoje programų pirmenybė teikiama skaitiklio- srautui. Kryžminis srautas yra pageidaujamas klampių skysčių ir užsiteršimo priežiūrai.
Cheminio apdorojimo įrenginiams, vertinantiems PTFE šilumokaičio galimybes, srauto išdėstymas turėtų būti nurodytas pirkimo dokumentuose ir patikrintas pradedant eksploatuoti. Numatytoji gamintojo pateikta konfigūracija gali būti kryžminio srauto išdėstymas, kurį lengviau gaminti, bet kurio efektyvumas mažesnis nei priešpriešinio srauto{2}}tvarka.
Įrangos inžinieriai ir pirkimų specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas cheminiam apdorojimui ar kitoms šilumos perdavimo paslaugoms, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios proceso temperatūrą, eksploatavimo temperatūrą, šilumos apkrovą, srauto išdėstymą, LMTD ir paviršiaus plotą, kad patvirtintų, kad įrenginys atitinka faktinius proceso reikalavimus ir įrenginio sąnaudų struktūrą.
