Specialioje chemijos gamykloje veikė reaktorius, kuris darbinėje temperatūroje apdorojo polimero tirpalą, kurio klampumas buvo maždaug 15 000 mPa·s. Esamas PTFE panardinamasis šildytuvas sugedo po keturių mėnesių. Ant apvalkalo apatinėje šildomoje dalyje buvo minkšta, pūslėta juosta, o izoliacijos varža nukrito žemiau 8 MΩ. Reaktorius nebuvo maišomas įprastine prasme-jame buvo naudojamas lėtas maišytuvas, kuris švelniai judino klampų skystį, bet nesukėlė turbulentinės srovės šildytuvo apvalkale.
Klampių skysčių šilumos perdavimo elgsena iš esmės skiriasi nuo{0}}vandeninių vonių. Ribinis sluoksnis ties šildytuvo apvalkalu yra storas ir stabilus. Natūrali konvekcija silpna. Šildytuvo skleidžiama šiluma negali efektyviai pasišalinti, o apvalkalo temperatūra pakyla gerokai virš tūrinio skysčio temperatūros.
Šilumos perdavimo problema klampiuose skysčiuose
Klampiame skystyje konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas yra mažas. Skysčiui, kurio klampumas 100 kartų didesnis už vandens, koeficientas gali būti 10–20 % vandens vertės. Temperatūros skirtumas, reikalingas tam tikram šilumos srautui perduoti, yra atitinkamai didesnis.
PTFE panardinamojo šildytuvo, veikiančio 1,0 W/cm² klampiame skystyje, apvalkalo -ir -tūrio temperatūros skirtumas gali būti 40–60 laipsnių. Vandens -pagrindo vonioje esant tokiam pat vatų tankiui, tarpas yra 12–18 laipsnių. Didesnis tarpas reiškia, kad apvalkalas veikia daug aukštesnėje temperatūroje, esant tokiai pačiai tūrio temperatūrai.
| Skysčio klampumas | Vandens atžvilgiu | Konvekcinis koeficientas | Apvalkalo ΔT esant 1,0 W/cm² | Saugus vatų tankis |
|---|---|---|---|---|
| Vanduo | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 laipsnių | 1,5–2,0 W/cm² |
| Lengvas aliejus | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 laipsnių | 1,0–1,3 W/cm² |
| Polimerinis tirpalas | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 laipsnių | 0,6–0,9 W/cm² |
| Sunkus polimeras | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 laipsnių | 0,4–0,6 W/cm² |
Šilumos perdavimas ir saugus vatų tankis klampiems skysčiams
Šildytuvo modifikavimas klampiam aptarnavimui
Šildytuvas turi būti modifikuotas, kad saugiai veiktų klampiame skystyje. Modifikacijos skirtos trims faktoriams, lemiantiems apvalkalo temperatūrą: vatų tankį, paviršiaus plotą ir srautą.
Vatų tankis turi būti sumažintas iki saugaus skysčio klampumo diapazono. Polimero tirpalui, kurio klampumas 100 kartų didesnis už vandens, saugus vatų tankis yra 0,6–0,9 W/cm². Tam reikia didesnio paviršiaus ploto tai pačiai galiai.
Didesnis paviršiaus plotas pasiekiamas naudojant kelis{0}}praėjimus arba išplėstą konfigūraciją. Šildytuvas, kuris būtų kompaktiškas ryšulėlis vandenyje, tampa ilgu, paskirstytu klampaus skysčio elementu.
Reikia pagerinti srautą prie apvalkalo. Lėtas maišytuvas nesukuria srauto ant šildytuvo paviršiaus. Specialus siurblys arba mažas recirkuliacinis siurblys gali nukreipti srautą per apvalkalą, sumažindamas ribinio sluoksnio storį ir sumažindamas apvalkalo temperatūrą.
| Modifikacija | Poveikis apvalkalo temperatūrai | Įgyvendinimas |
|---|---|---|
| Sumažinkite vatų tankį iki 0,7 W/cm² | 15–25 laipsnių žemiau | Daugiau paviršiaus ploto |
| Padidinkite paviršiaus plotą 2x | 10–15 laipsnių žemiau | Kelių{0}}pasitų konfigūracija |
| Įtraukite dėklą prie apvalkalo | 15–25 laipsnių žemiau | Mažas siurblys arba suslėgtas oras |
| Pridėkite recirkuliacijos kilpą | 20-30 laipsnių žemiau | Siurblys ir vamzdynai |
Klampios eksploatacijos modifikacijos ir jų įtaka apvalkalo temperatūrai
Reaktoriaus geometrijos iššūkis
Cheminis reaktorius dažnai turi kitokią geometriją nei dengimo bakas. Reaktorius gali būti cilindro formos su kupolu viršuje ir apačioje, su centriniu maišytuvo velenu ir pertvaromis. Šildytuvui skirta vieta yra tik žiedinė sritis tarp maišytuvo ir indo sienelės.
Daugiatakis šildytuvas su dideliu paviršiaus plotu gali netilpti į žiedinę erdvę. Šildytuvas turi būti suprojektuotas taip, kad atitiktų indo sienelės kreivumą arba tilptų laisvoje erdvėje, netrukdydamas maišytuvui.
| Reaktoriaus tipas | Laisva erdvė | Rekomenduojama šildytuvo konfigūracija |
|---|---|---|
| Cilindrinis, maišytuvas | Žiedinis tarpas | Išlenktas kelių{0}}pasl |
| Cilindrinis, be maišytuvo | Visas tūris | Centrinis kelių{0}} leidimas |
| Laivas su striuke | Vidinė ritės erdvė | Ritė arba bajonetas |
| Mažas reaktorius | Ribotas | Kompaktiškas mažas -vatų-tankis |
Reaktoriaus geometrija ir šildytuvo konfigūracija
Kai standartinio šildytuvo modifikuoti negalima
Jei reaktorius negali sutalpinti paviršiaus ploto, reikalingo mažam vatų tankiui, galima sumažinti galingumą, priimti trumpesnį tarnavimo laiką arba naudoti alternatyvų šildymo būdą. Išorinis šilumokaitis gali būti tinkamesnis klampiam aptarnavimui, nes jis gali suteikti daugiau paviršiaus mažesniame tūryje.
Kai reikalinga individuali konfigūracija
Pasirinktinė PTFE panardinamojo šildytuvo konfigūracija su mažu vatų tankiu, dideliu paviršiaus plotu ir srauto didinimu yra skirta klampių reaktorių aptarnavimui. Specifikacijos procesas reikalauja skysčio klampumo darbinėje temperatūroje, reaktoriaus matmenų, maišytuvo tipo ir greičio, reikiamos galios ir temperatūros vienodumo reikalavimo.
