LMTD, apibrėžiantis aušinimo pareigą
III tipo kietojo anodavimo linijai, veikiančiai 2 laipsnių temperatūroje, reikalingas šilumokaitis, kuris pašalintų 50 kW reakcijos šilumos. Atšaldytas vanduo tiekiamas -2 laipsniais, o grįžtamasis - 2 laipsniais. Proceso skystis patenka į šilumokaitį esant 4 laipsniams ir išeina 2 laipsniais.
Kalbant apie priešpriešinį-srauto išdėstymą, temperatūrų skirtumai abiejuose galuose yra: karštasis galas (proceso įleidimo anga 4 laipsniai – šalto vandens išleidimo anga 2 laipsniai )=2 laipsnis ir šaltasis galas (proceso išleidimo anga 2 laipsniai – šalto vandens įleidimo anga –2 laipsniai)=4 laipsniai . LMTD apskaičiuojamas pagal šias dvi vertes ir yra maždaug 2,9 laipsnio.
2,9 laipsnio LMTD yra labai mažas. Šilumokaičiui, kurio bendras koeficientas yra 200 W/m²·K, o šiluminė apkrova 50 kW, reikalingas paviršiaus plotas yra 86 m². Tai labai didelis šilumokaitis, o kapitalo sąnaudos yra nemažos.
Mažas LMTD yra pagrindinis kietojo anodavimo aušinimo apribojimas. Šilumokaitis turi būti pakankamai didelis, kad per mažą temperatūros skirtumą galėtų perduoti šilumą, o paviršiaus ploto reikalavimas lemia kapitalo sąnaudas ir pėdsaką.
Kodėl LMTD anodavimo paslauga yra maža
LMTD anodavimo paslauga yra maža dėl trijų priežasčių.
Pirma, proceso temperatūra yra žema. III tipo kietasis anodavimas veikia 0–5 laipsniais, o II tipo sieros anodavimas – 20–22 laipsniais. Žema proceso temperatūra riboja temperatūros skirtumą tarp proceso ir atšaldyto vandens.
Antra, atšaldyto vandens tiekimo temperatūrą riboja šaldymo sistema. Įprastas atšaldyto vandens tiekimas yra 5–7 laipsniai II tipo anodavimui ir –5–0 laipsnių III tipo anodavimui. Tiekiamo srauto temperatūra negali būti mažinama neribotą laiką, nes mažėja šaldymo sistemos efektyvumas ir padidėja užšalimo rizika.
Trečia, proceso temperatūros tolerancija yra griežta. Anodavimo reakcijos greitis ir dangos savybės priklauso nuo temperatūros, o tolerancija paprastai yra ±1 laipsnis. Griežta tolerancija riboja proceso skysčio temperatūros kilimą šilumokaityje, o tai sumažina LMTD.
LMTD anoduojant II tipo sieros rūgštimi
II tipo sieros rūgšties anodavimas veikia 20–22 laipsnių temperatūroje su ±1 laipsnio tolerancija. Atšaldytas vanduo paprastai tiekiamas 10–12 laipsnių, o grįžtamasis – 15–17 laipsnių. Proceso skystis į šilumokaitį patenka esant 22 laipsnių temperatūrai ir išeina 20 laipsnių.
Kalbant apie priešpriešinį -srauto išdėstymą, temperatūrų skirtumai abiejuose galuose yra: karštasis galas (proceso įleidimo anga 22 laipsniai – šalto vandens išleidimo anga 17 laipsnių )=5 laipsnis ir šaltasis galas (proceso išleidimo anga 20 laipsnių – atšaldyto vandens įleidimo anga 10 laipsnių)=10 laipsniai . LMTD yra apie 7,2 laipsnio.
7,2 laipsnio LMTD yra didesnis nei kieto anodavimo korpuso, bet vis tiek mažas, palyginti su įprastomis šilumokaičio programomis. Šilumokaičiui, kurio bendras koeficientas yra 200 W/m²·K, o šiluminė apkrova 50 kW, reikalingas paviršiaus plotas yra 35 m².
III tipo kietojo anodavimo LMTD
III tipo kietasis anodavimas veikia 0–5 laipsnių kampu su ±0,5 laipsnio tolerancija. Atšaldytas vanduo paprastai tiekiamas nuo –5 iki 0 laipsnių, o grįžtamasis – nuo 0 iki 3 laipsnių. Proceso skystis patenka į šilumokaitį esant 4 laipsniams ir išeina 2 laipsniais.
Kalbant apie priešpriešinį-srauto išdėstymą, temperatūrų skirtumai abiejuose galuose yra: karštasis galas (proceso įvadas 4 laipsniai – šalto vandens išleidimo anga 3 laipsniai )=1 laipsniai ir šaltasis galas (proceso išleidimo anga 2 laipsniai – šalto vandens įleidimo anga –5 laipsniai)=7 laipsniai . LMTD yra apie 3,2 laipsnio.
3,2 laipsnio LMTD yra labai mažas. Šilumokaičiui, kurio bendras koeficientas yra 200 W/m²·K, o šiluminė apkrova 50 kW, reikalingas paviršiaus plotas yra 78 m².
Srauto susitarimo įtaka LMTD
Srauto išdėstymas turi įtakos LMTD. Skaitiklio-srauto išdėstymas suteikia didžiausią LMTD tam tikram įleidimo ir išleidimo temperatūrų rinkiniui. Lygiagretus-srauto išdėstymas suteikia mažiausią LMTD. Kryžminis srauto susitarimas suteikia tarpinį LMTD.
Anodavimo paslaugai teikti pirmenybę skaitiklio-srauto išdėstymui, nes jis maksimaliai padidina LMTD ir sumažina reikiamą paviršiaus plotą. Prieš-srauto išdėstymas yra ypač svarbus atliekant kietojo anodavimo paslaugą, kai LMTD yra labai mažas, o paviršiaus ploto reikalavimas yra didelis.
Skirtingų anodavimo sąlygų LMTD verčių palyginimas
Šioje lentelėje apibendrinamas LMTD ir reikalingas paviršiaus plotas skirtingoms anodavimo sąlygoms, kai šiluminė apkrova 50 kW ir bendras koeficientas 200 W/m²·K.
| Anodavimo tipas | Proceso temperatūra | Atšaldyto vandens tiekimas | Atšaldyto vandens grąžinimas | Procesas ΔT | LMTD | Reikalingas paviršiaus plotas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| II tipas, maža apkrova | 22 laipsnių | 12 laipsnių | 16 laipsnių | 1 laipsnis | 8,5 laipsnio | 29 m² |
| II tipas, vidutinė apkrova | 22 laipsnių | 10 laipsnių | 15 laipsnių | 2 laipsnis | 7,2 laipsnio | 35 m² |
| II tipas, didelė apkrova | 22 laipsnių | 8 laipsnių | 14 laipsnių | 3 laipsnis | 6,1 laipsnio | 41 m² |
| III tipas, maža apkrova | 4 laipsnis | 0 laipsnių | 2 laipsnis | 1 laipsnis | 3,5 laipsnio | 71 m² |
| III tipas, vidutinė apkrova | 4 laipsnis | –2 laipsniai | 2 laipsnis | 2 laipsnis | 2,9 laipsnio | 86 m² |
| III tipas, didelė apkrova | 4 laipsnis | –5 laipsniai | 2 laipsnis | 3 laipsnis | 2,4 laipsnio | 104 m² |
| III tipas, labai didelė apkrova | 4 laipsnis | –8 laipsniai | 2 laipsnis | 4 laipsnis | 2,0 laipsnio | 125 m² |
Reikalingos paviršiaus ploto vertės numato priešpriešinį-srauto išdėstymą ir bendrą šilumos perdavimo koeficientą 200 W/m²·K. Tikrasis paviršiaus plotas priklausys nuo vamzdžio medžiagos, sienelės storio ir srauto greičio.
Praktinės LMTD ribos anodavimo tarnyboje
Praktines LMTD ribas anodavimo paslaugoje lemia šilumokaičio dydžio ir šaldymo kainos kompromisas. Mažesniam LMTD reikia didesnio šilumokaičio, bet leidžia aukštesnę tiekiamo atšaldyto vandens temperatūrą, o tai sumažina šaldymo išlaidas. Didesnis LMTD leidžia naudoti mažesnį šilumokaitį, tačiau reikalinga žemesnė tiekiamo atšaldyto vandens temperatūra, o tai padidina šaldymo išlaidas.
Antrojo tipo sieros rūgšties anodavimui praktinis LMTD diapazonas yra 6–10 laipsnių. Žemiau 6 laipsnių šilumokaitis tampa nepraktiškai didelis. Virš 10 laipsnių atšaldyto vandens tiekimo temperatūra tampa per aukšta, kad užtikrintų tinkamą aušinimą.
III tipo kietojo anodavimo atveju praktinis LMTD diapazonas yra 2–5 laipsniai. Žemiau 2 laipsnių šilumokaitis tampa nepraktiškai didelis. Virš 5 laipsnių atšaldyto vandens tiekimo temperatūra tampa per aukšta, kad išlaikytų proceso temperatūrą.
Dizaino ypatybės, leidžiančios sumažinti LMTD
Kelios konstrukcijos ypatybės leidžia sumažinti LMTD per daug nepadidinant šilumokaičio dydžio.
Didesnio laidumo vamzdžio medžiaga.Užpildytas PTFE mišinys, kurio šilumos laidumas yra 0,5 W/m·K, turi perpus mažesnę sienelės šiluminę varžą nei gryno PTFE, todėl padidėja bendras šilumos perdavimo koeficientas ir sumažėja reikiamas paviršiaus plotas.
Plonesnė vamzdžio sienelė.Plonesnė sienelė sumažina šiluminę varžą ir padidina bendrą koeficientą. 0,5 mm siena turi perpus mažesnę šiluminę varžą nei 1,0 mm siena.
Didesnis srauto greitis.Didesnis srauto greitis padidina plėvelės koeficientus abiejose vamzdžio sienelės pusėse, o tai padidina bendrą koeficientą ir sumažina reikiamą paviršiaus plotą.
Patobulintas vamzdžio paviršius.Vamzdžio paviršius su pelekais arba grioveliais padidina paviršiaus plotą ilgio vienetui ir plėvelės koeficientą, o tai leidžia sumažinti LMTD.
Didesnis temperatūrų skirtumas proceso metu.Leidžiant proceso skysčiui pakilti arba kristi didesniu kiekiu per šilumokaitį, padidėja LMTD. Proceso temperatūros tolerancija riboja leistiną temperatūros pokytį.
Padalinta šilumokaičio konfigūracija.Padalijus šilumos apkrovą tarp dviejų mažesnių šilumokaičių, kiekvienas įrenginys gali veikti mažesniu LMTD, nereikalaujant vietos vienam dideliam įrenginiui.
Anodavimo paslaugos specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, nurodantys PTFE šilumokaitį anodavimo paslaugai, turėtų patvirtinti šiuos parametrus tiekėjui.
Anodavimo tipas.Nurodykite II arba III tipo anodavimą ir proceso temperatūrą.
Proceso temperatūros tolerancija.Nurodykite leistiną temperatūros pokytį proceso vonioje.
Atšaldyto vandens tiekimo temperatūra.Nurodykite tiekiamo atšaldyto vandens temperatūrą ir galimą debitą.
Atšaldyto vandens grąžinimo temperatūra.Nurodykite didžiausią leistiną atšaldyto vandens grąžinimo temperatūrą.
Šilumos apkrova.Nurodykite šilumos apkrovą ir numatomą diapazoną.
LMTD.Nurodykite LMTD pagal procesą ir atšaldyto vandens temperatūrą.
Paviršiaus plotas.Nurodykite šilumos apkrovai reikalingą paviršiaus plotą ir LMTD.
Vamzdžio medžiaga.Nurodykite vamzdžio medžiagą pagal reikalingą bendrą koeficientą ir sienos temperatūrą.
Srauto išdėstymas.Nurodykite srauto išdėstymą. Norint pasiekti maksimalų LMTD, pirmenybė teikiama skaitiklio- srautui.
LMTD atitikimas anodavimo proceso reikalavimams
LMTD nustato reikiamą paviršiaus plotą ir aušinimo efektyvumą PTFE šilumokaityje anodavimo paslaugai. Mažesniam LMTD reikia didesnio šilumokaičio, bet leidžia aukštesnę tiekiamo atšaldyto vandens temperatūrą ir mažesnes šaldymo išlaidas. Didesnis LMTD leidžia naudoti mažesnį šilumokaitį, tačiau reikalinga žemesnė tiekiamo atšaldyto vandens temperatūra ir didesnės šaldymo išlaidos.
LMTD turėtų būti parenkamas atsižvelgiant į proceso temperatūrą, tiekiamo atšaldyto vandens temperatūrą, šilumos apkrovą ir erdvės apribojimus. Paprastas skaičiuoklės modelis su šilumos perdavimo skaičiavimu ir sąnaudų duomenimis suteikia informaciją, reikalingą optimaliam LMTD parinkti.
Anodavimo linijoms, vertinančioms PTFE šilumokaičio galimybes, LMTD turėtų būti nurodytas pirkimo dokumentuose ir patikrintas pradedant eksploatuoti. Gamintojo pateikta numatytoji konfigūracija gali būti optimizuota siekiant kompaktiškumo, o ne energijos vartojimo efektyvumo, o gauta LMTD gali neatitikti faktinių proceso reikalavimų.
Įrangos inžinieriai ir pirkimo specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas anodavimui ar kitai žemos temperatūros aušinimo paslaugai, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios anodavimo tipą, proceso temperatūrą, tiekiamo aušinamo vandens temperatūrą, šilumos apkrovą, LMTD ir paviršiaus plotą, kad įsitikintų, jog įrenginys atitinka faktinius proceso reikalavimus ir įrenginio sąnaudų struktūrą.
