یک کارخانه شیمیایی ویژه، راکتوری را راه اندازی می کرد که محلول پلیمری با ویسکوزیته تقریباً 15000 mPa·s را در دمای کار پردازش می کرد. بخاری غوطه وری PTFE موجود پس از چهار ماه از کار افتاده بود. غلاف یک نوار نرم و تاول دار را در امتداد بخش گرم شده پایین نشان داد و مقاومت عایق به زیر 8 MΩ کاهش یافته بود. راکتور به معنای متعارف هم زده نمی شد-از یک همزن با پدال آهسته استفاده می کرد که سیال چسبناک را به آرامی حرکت می داد اما جریان آشفته ای در غلاف بخاری ایجاد نمی کرد.
سیالات چسبناک از نظر رفتار انتقال حرارت با حمام‌های{0}}آب تفاوت اساسی دارند. لایه مرزی در غلاف بخاری ضخیم و پایدار است. همرفت طبیعی ضعیف است. گرمای تولید شده توسط بخاری نمی تواند به طور موثر از آن خارج شود و دمای غلاف بسیار بالاتر از دمای سیال حجیم است.
مشکل انتقال حرارت در سیالات چسبناک
در یک سیال چسبناک، ضریب انتقال حرارت همرفتی پایین است. برای سیالی با ویسکوزیته 100 برابر آب، ضریب ممکن است 10 تا 20 درصد مقدار آب باشد. اختلاف دمای مورد نیاز برای انتقال یک شار حرارتی معین به نسبت بالاتر است.
برای بخاری غوطه‌وری PTFE که با 1.0 وات بر سانتی‌متر مربع در یک سیال چسبناک کار می‌کند، شکاف دمای غلاف- تا-می‌تواند 40 تا 60 درجه باشد. در یک حمام{6}}آب با همان چگالی وات، شکاف 12-18 درجه است. شکاف بالاتر به این معنی است که غلاف در دمای بسیار بالاتر برای همان دمای توده عمل می کند.
| ویسکوزیته سیال | نسبت به آب | ضریب همرفتی | غلاف ΔT در 1.0 W/cm² | چگالی وات ایمن |
|---|---|---|---|---|
| آب | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 درجه | 1.5-2.0 W/cm² |
| روغن سبک | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 درجه | 1.0-1.3 W/cm² |
| محلول پلیمری | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 درجه | 0.6-0.9 W/cm² |
| پلیمر سنگین | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 درجه | 0.4-0.6 W/cm² |
انتقال حرارت و چگالی وات ایمن برای سیالات چسبناک
اصلاح بخاری برای سرویس ویسکوز
بخاری باید برای عملکرد ایمن در سیال ویسکوز اصلاح شود. تغییرات به سه عامل تعیین کننده دمای غلاف می پردازد: چگالی وات، مساحت سطح و جریان.
چگالی وات باید به محدوده ایمن برای ویسکوزیته سیال کاهش یابد. برای محلول پلیمری با ویسکوزیته 100 برابر آب، چگالی وات ایمن 0.6-0.9 W/cm² است. این به مساحت سطح بیشتری برای همان وات نیاز دارد.
مساحت سطح بزرگتر از طریق یک پیکربندی چند{0}}گذری یا توسعه یافته به دست می آید. بخاری که یک بسته فشرده در آب است به عنصری طولانی و پراکنده در سیال چسبناک تبدیل می شود.
جریان در غلاف باید بهبود یابد. یک همزن پارویی آهسته جریانی در سطح بخاری ایجاد نمی کند. یک ادکتور اختصاصی یا یک پمپ چرخش کوچک می تواند جریان را در سراسر غلاف هدایت کند و ضخامت لایه مرزی را کاهش دهد و دمای غلاف را کاهش دهد.
| اصلاح | تاثیر بر دمای غلاف | پیاده سازی |
|---|---|---|
| چگالی وات را به 0.7 W/cm² کاهش دهید | 15-25 درجه پایین تر | مساحت سطح بیشتر |
| مساحت سطح را 2× افزایش دهید | 10-15 درجه پایین تر | پیکربندی چند-گذر |
| ادوکتور در غلاف اضافه کنید | 15-25 درجه پایین تر | پمپ کوچک یا هوای فشرده |
| حلقه چرخش را اضافه کنید | 20 تا 30 درجه پایین تر | پمپ و لوله کشی |
تغییرات برای سرویس ویسکوز و تأثیر آنها بر دمای غلاف
چالش هندسه راکتور
یک راکتور شیمیایی اغلب هندسه متفاوتی نسبت به مخزن آبکاری دارد. راکتور ممکن است استوانه ای با بالا و پایین گنبدی شکل، با شفت همزن مرکزی و بافل باشد. فضای موجود برای یک هیتر محدود به ناحیه حلقوی بین همزن و دیواره رگ است.
یک بخاری-چند پاس با سطح بزرگ ممکن است در فضای حلقوی قرار نگیرد. بخاری باید طوری طراحی شود که انحنای دیواره رگ را دنبال کند یا در فضای موجود بدون تداخل با همزن قرار بگیرد.
| نوع راکتور | فضای موجود | پیکربندی بخاری توصیه شده |
|---|---|---|
| استوانه ای، همزن | شکاف حلقوی | چند پاس منحنی- |
| استوانه ای، بدون همزن | حجم کامل | چند-گذرگاه مرکزی |
| ظرف ژاکت دار | فضای کویل داخلی | کلاف یا سرنیزه |
| راکتور کوچک | محدود | چگالی کم{0} وات- فشرده |
هندسه راکتور و پیکربندی بخاری
وقتی یک بخاری استاندارد را نمی توان تغییر داد
اگر راکتور نمی تواند سطح مورد نیاز برای چگالی وات کم را در خود جای دهد، گزینه ها عبارتند از کاهش وات، پذیرش عمر کوتاه تر، یا استفاده از روش گرمایش جایگزین. یک مبدل حرارتی خارجی ممکن است برای سرویس چسبناک مناسب تر باشد زیرا می تواند سطح بیشتری را در حجم کمتری فراهم کند.
هنگامی که یک پیکربندی سفارشی مورد نیاز است
یک پیکربندی سفارشی هیتر غوطه وری PTFE با چگالی وات کم، سطح بزرگ و افزایش جریان برای سرویس راکتور ویسکوز طراحی شده است. فرآیند مشخصات به ویسکوزیته سیال در دمای کارکرد، ابعاد راکتور، نوع و سرعت همزن، وات مورد نیاز و نیاز یکنواختی دما نیاز دارد.
