Speciali chemijos gamykla, reikalinga šildyti polimero tirpalą, kurio klampumas yra maždaug 20 000 mPa·s darbinėje temperatūroje. Esamas PTFE panardinamasis šildytuvas sugedo po keturių mėnesių. Ant apvalkalo apatinėje šildomoje dalyje buvo minkšta, pūslėta juosta, o izoliacijos varža nukrito žemiau 10 MΩ. Šildytuvas buvo nurodytas 1,2 W/cm², kuris buvo tinkamas vandeniui, bet per daug agresyvus klampiam polimero tirpalui.
Didelio klampumo skysčiai yra pagrindinis šilumos perdavimo iššūkis. Storas šiluminis ribinis sluoksnis ties šildytuvo paviršiumi sulaiko šilumą, o šildytuvo paviršiaus temperatūra pakyla gerokai virš tūrinio skysčio temperatūros. Saugus vatų tankis mažėja proporcingai klampumui. Šildytuvo konfigūracija turi būti suprojektuota taip, kad būtų užtikrintas reikiamas paviršiaus plotas esant mažam vatų tankiui, o srautas šildytuvo paviršiuje turi būti palaikomas, kad būtų sumažintas ribinio sluoksnio storis.
Šilumos perdavimo problema didelio klampumo skysčiuose
Skystyje, kurio klampumas 100 kartų didesnis už vandens, konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas yra 10–20% vandens vertės. Temperatūros skirtumas, reikalingas tam tikram šilumos srautui perduoti, yra atitinkamai didesnis. Šildytuvo, veikiančio 1,0 W/cm² 100 × klampumo skystyje, paviršiaus -ir -tūrio temperatūros skirtumas gali būti 40–60 laipsnių.
Aukšta paviršiaus temperatūra pagreitina PTFE skilimą. Polimeras suminkštėja, praranda matmenų stabilumą ir tampa pralaidesnis. Šildytuvas sugenda iš išorės.
| Skysčio klampumas | Vandens atžvilgiu | Konvekcinis koeficientas | Paviršiaus 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 |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 laipsnių | 1,0–1,3 W/cm² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 laipsnių | 0,6–0,9 W/cm² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 laipsnių | 0,4–0,6 W/cm² |
Šilumos perdavimas ir saugus vatų tankis didelio klampumo skysčiams
Kelių{0}}passų konfigūracija
Kelių{0}}praėjimų konfigūracija paskirsto šildymo paviršių didesniame plote ir sumažina vatų tankį ploto vienetui. Praėjimai yra išdėstyti taip, kad maksimaliai padidintų paviršiaus plotą turimo indo tūrio ribose ir sudarytų sąlygas tarp jų tekėti.
6 kW galiai esant 0,7 W/cm², reikalingas paviršiaus plotas yra 8 571 cm². Daugiatakis šildytuvas, kurio apvalkalo skersmuo yra 50 mm ir aštuonių 700 mm skersmenų, suteikia maždaug 8 796 cm²{10}}pakankamai darbui. Praėjimai yra išdėstyti 40–50 mm atstumu, kad tarp jų būtų galima tekėti.
| Galingumas | Saugus vatų tankis | Reikalingas paviršiaus plotas | Praleidžia 50 mm apvalkalu | Praėjimo ilgis | Pass Spacing |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0,7 W/cm² | 4 286 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 | 7 143 cm² | 7 | 700 mm | 45 mm |
| 6 kW | 0,7 W/cm² | 8 571 cm² | 8 | 700 mm | 45 mm |
| 8 kW | 0,7 W/cm² | 11 429 cm² | 10 | 700 mm | 50 mm |
Kelių{0}}eilių konfigūracijos didelio klampumo polimerų tirpalams
Srauto didinimas klampiems skysčiams
Vien kelių{0}}eilių konfigūracijos klampiame skystyje nepakanka. Norint sumažinti ribinio sluoksnio storį, reikia palaikyti srautą šildytuvo paviršiuje. Specialus siurblys arba mažas recirkuliacinis siurblys gali nukreipti srautą per praėjimus.
Pakanka 0,3–0,5 m/s vietinio greičio, kad sumažintų ribinio sluoksnio storį ir 15–25 laipsniais sumažintų paviršiaus temperatūrą. Srautas neturi būti stiprus,{5}}jis turi būti nukreiptas į šildytuvo paviršių.
| Srauto padidinimo metodas | Vietinis greitis | Paviršiaus ΔT sumažinimas | Įgyvendinimas |
|---|---|---|---|
| Šildytuvo auklėtojas | 0.3–0.5 m/s | 15-25 laipsnių | Mažas siurblys arba suslėgtas oras |
| Recirkuliacijos kilpa | 0.4–0.6 m/s | 20-30 laipsnių | Siurblys ir vamzdynai |
| Mechaninis maišymas | 0.2–0.4 m/s | 10-20 laipsnių | Maišytuvas arba maišytuvas |
| Šlifavimo vamzdis | 0.1–0.2 m/s | 8-15 laipsnių | Suslėgtas oras |
Klampių skysčių srauto didinimo metodai
Reaktoriaus geometrijos svarstymai
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.
Išlenkta kelių{0}}praėjimų konfigūracija, kuri seka kraujagyslės sienelę, padidina paviršiaus plotą žiedinėje erdvėje. Praėjimai yra išdėstyti žiedu aplink maišytuvą, tarp jų yra srauto kanalai.
Kai negalima naudoti standartinio šildytuvo
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.
Pasirinktinė PTFE panardinamojo šildytuvo konfigūracija su keliais praėjimais, mažu vatų tankiu ir srauto didinimu sukurta didelio klampumo polimerų tirpalams. Specifikacijos procesas reikalauja skysčio klampumo darbinėje temperatūroje, indo matmenų, maišytuvo tipo ir greičio, reikiamos galios ir temperatūros vienodumo reikalavimo.
