F'qoxra ta' PTFE-u-skambjatur ta' tubi, il-fluwidu tal-ġenb tat-tubu- jista 'jagħmel vjaġġ wieħed mid-daħla sal-ħruġ, jew jista' jiġi mgħoddi 'l quddiem u lura mill-qatta' diversi drabi. In-numru ta 'passes jinfluwenza l-veloċità tal-fluwidu, l-effiċjenza tat-trasferiment tas-sħana, u l-qawwa tal-ippumpjar meħtieġa. Minħabba li PTFE għandu konduttività termali b'mod inerenti baxx (madwar 0.25 W/m·K), il-massimizzazzjoni tal-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana tal-ġenb tat-tubu -spiss hija prijorità. Madankollu l-għażla bejn disinn ta'-pass wieħed u ta' -multi{9}}pass mhix sempliċi-dan tinvolvi kompromess intenzjonat-bejn it-titjib tat-trasferiment tas-sħana u l-penali għal tnaqqis fil-pressjoni.
Nifhmu Arranġamenti tal-Pass tat-Tubi
In-numru ta 'tubi jgħaddi jirreferi għal kemm-il darba l-fluwidu li jivvjaġġa mit-tubi jaqsam it-tul ta' l-iskambjatur. Il-passes jinħolqu billi jiġu installati diviżuri (diviżorji tal-pass) fil-kanal jew il-bonit f'tarf wieħed jew fiż-żewġt itruf tal-iskambjatur. Dawn id-diviżuri jġegħlu l-fluwidu jgħaddi minn porzjon biss tat-tubi qabel ma jreġġa' lura d-direzzjoni u jidħol f'sett ieħor ta' tubi.
Disinn ta'-Pass Uniku
Fi skambjatur ta'-pass wieħed (1-pass), il-fluwidu tal-ġenb tat-tubu jidħol fil-kanal f'tarf wieħed, jgħaddi dritt mit-tubi kollha b'mod parallel, u joħroġ fit-tarf oppost. Ma jintużawx diviżuri interni. Din hija l-aktar konfigurazzjoni tal-fluss sempliċi.
Disinn ta' Multi-Pass (2-Pass, 4-Pass, eċċ.)
F'disinn multi-pass, il-fluwidu jagħmel traversals multipli madwar il-gozz tat-tubi. Pereżempju, fi skambjatur ta' 2-pass, il-kanal tad-dħul huwa maqsum f'żewġ sezzjonijiet. Il-fluwidu jidħol f'sezzjoni waħda, jgħaddi minn nofs it-tubi lejn it-tarf 'il bogħod, ireġġa' lura d-direzzjoni f'bonnet tar-ritorn, jgħaddi lura mit-tubi li fadal, u joħroġ mit-tieni sezzjoni tal-kanal tal-ġenb tad-dħul. Fi skambjatur 4-pass, il-proċess jirrepeti darbtejn.
In-numru ta 'passes huwa dejjem saħansitra biex iżżomm iż-żennuni tad-dħul u tal-ħruġ fuq l-istess tarf tal-iskambjatur, u jissimplifikaw il-konnessjonijiet tal-pajpijiet.
Differenzi Ewlenin fil-Prestazzjoni Termali-Idrawlika
Id-deċiżjoni bejn askambjatur tas-sħana PTFE pass wieħed vs multi passiċ-ċappetti tad-disinn fuq kif il-veloċità tal-fluwidu, il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana, it-tnaqqis fil-pressjoni, u d-differenza fit-temperatura medja log (LMTD) huma affettwati.
Veloċità tal-fluwidu u Koeffiċjent tat-Trasferiment tas-Sħana
Għal tubu totali partikolari-rata tal-fluss tal-ġenb, il-veloċità tal-fluwidu f'kull tubu hija determinata min-numru ta' tubi attivi f'kull pass. F'disinn ta'-pass wieħed, it-tubi kollha huma attivi simultanjament. Il--erja tas-sezzjoni trasversali disponibbli għall-fluss hija l-erja totali tal-fluss tat-tubi kollha. Għalhekk, il-veloċità hija relattivament baxxa sakemm ir-rata tal-fluss totali ma tkunx għolja.
F'disinn b'ħafna-pass, l-istess fluss totali jiġi sfurzat minn frazzjoni biss tat-tubi għal kull pass. Għal skambjatur ta' 2-pass b'żewġ gruppi ta' tubi ugwali, kull pass fih nofs it-tubi totali. Il-veloċità f'kull tubu tirdoppja meta mqabbla mal-każ ta 'pass wieħed (għall-istess rata ta' fluss totali). Għal disinn ta '4-pass, il-veloċità quadruples.
Veloċità ogħla żżid in-numru ta' Reynolds tat-tubu-, li mbagħad jgħolli l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana konvettiv. Minħabba li t-tubi PTFE diġà għandhom konduttività termali baxxa, ir-reżistenza li tillimita għat-trasferiment tas-sħana ħafna drabi tkun fuq il-film tal-fluwidu tal-ġenb tat-tubu-(jekk il-fluwidu tal-qoxra-tal-ġenb ikun fwar ta 'kondensazzjoni jew likwidu ta' konduttività-għoli). Iż-żieda tal-veloċità tal-ġenb tat-tubu-tista 'ttejjeb sostanzjalment il-koeffiċjent ġenerali tat-trasferiment tas-sħana.
Konsegwenzi ta' Qtugħ tal-Pressjoni
Veloċità ogħla tiġi bi spiża: il-waqgħa tal-pressjoni tiżdied mal-kwadru tal-veloċità (madwar). Għal disinn ta' 2-passaġġ, it-tubu-waqgħa fil-pressjoni tal-ġenb hija bejn wieħed u ieħor erba' darbiet dik ta' disinn b'pass wieħed (veloċità doppja, flimkien ma' telf addizzjonali fil-bonnet tar-ritorn). Għal disinn ta '4-pass, il-waqgħa tal-pressjoni tista' tkun 16-il darba ogħla, flimkien ma 'telf sinifikanti fil-kmamar tar-rivers.
Fil-prattika, il-qawwa tal-ippumpjar disponibbli jew il-waqgħa tal-pressjoni permissibbli fil-linja tal-proċess ta 'spiss jillimitaw kemm jistgħu jintużaw passaġġi. Konfigurazzjoni komuni għall-iskambjaturi tas-sħana PTFE hija 2-pass jew 4-pass meta l-fluwidu tal-ġenb tat-tubu-huwa likwidu b'viskożità moderata u l-pompa għandha ras biżżejjed. Disinji b'pass wieħed huma favoriti meta l-fluwidu tal-ġenb tat-tubu huwa gass (fejn il-waqgħa fil-pressjoni hija aktar kritika) jew meta r-rata tal-fluss tkun diġà għolja.
Korrezzjoni tad-Diferenza fit-Temperatura Medja tal-Logg (LMTD).
Sottilità importanti hija li d-disinji b'ħafna-pass jiddevjaw minn kontrofluss pur, u jnaqqas il-forza effettiva tat-temperatura li tmexxi. Fi skambjatur ta'-pass wieħed b'arranġament ta' kontrofluss (fluwidu tal-ġenb tat-tubu-direzzjoni opposta għall-fluwidu tal-ġnub tal-qoxra-), l-LMTD huwa fil-massimu tiegħu. Fi skambjatur b'ħafna-pass, il-mudell tal-fluss javviċina mħallat jew crossflow, li jeħtieġ fattur ta 'korrezzjoni (tipikament indikat bħala F) applikat għall-LMTD kontrakurrent.
Għal skambjatur ta' 2-passaġġ, il-fattur ta' korrezzjoni LMTD huwa ġeneralment bejn 0.95 u 0.99 għall-biċċa l-kbira tal-kundizzjonijiet operattivi-tnaqqis żgħir. Għal skambjaturi ta' 4-pass, il-fattur jista' jinżel għal 0.90–0.95. Għal applikazzjonijiet ta'-temperatura għolja transversali (fejn it-temperaturi tad-dħul u tal-ħruġ huma qrib ħafna), il-fattur ta 'korrezzjoni jista' jkun aktar baxx b'mod sinifikanti, u potenzjalment jiċħad il-benefiċċji ta 'veloċità ogħla. Għalhekk, disinji multi-pass huma l-aktar effettivi meta l-bidla fit-temperatura fuq in-naħa tat-tubu tkun moderata.
Rilevanza għall-Iskambjaturi tas-Sħana PTFE
Minħabba li l-PTFE għandu konduttività termali baxxa, ir-reżistenza tal-film tal-ġenb tat-tubu-spiss tiddomina t-trasferiment ġenerali tas-sħana. It-titjib tal-koeffiċjent tal-ġenb tat-tubu huwa għalhekk objettiv primarju tad-disinn. Id-disinji b'ħafna-pass jiksbu dan mingħajr ma jeħtieġu rata tal-fluss totali ogħla mill-pompa tal-impjant, li jagħmluhom attraenti għal retrofits jew applikazzjonijiet fejn ir-rata tal-fluss hija fissa.
Madankollu, tubi PTFE huma mekkanikament rotob u suxxettibbli għall-vibrazzjoni f'veloċitajiet ta 'fluss għoljin. Veloċità eċċessiva tista 'tikkawża flutter tat-tubu, li twassal għal fretting kontra baffles jew ħsara fit-tubi. Il-veloċitajiet tipiċi tat-tubu rakkomandat-tal-ġenb għal tubi PTFE ivarjaw minn 0.5 sa 2.0 m/s (1.6 sa 6.6 ft/s). Disinn b'ħafna-passaġġ li jgħolli l-veloċità minn 0.5 m/s għal 1.0 m/s huwa ta' benefiċċju; li tgħollih għal 3.0 m/s jista 'jikkawża problemi mekkaniċi. In-numru ta 'passes għandu jintgħażel biex iżżomm il-veloċità fil-medda rakkomandata tal-manifattur.
Huwa wkoll importanti li jiġi bbilanċjat il-qligħ tat-trasferiment tas-sħana kontra l-ispiża tal-ippumpjar. F'ħafna operazzjonijiet tal-irfinar tal-wiċċ, il-pompa tal-proċess diġà teżisti għaċ-ċirkolazzjoni tat-tank, u l-waqgħa tal-pressjoni addizzjonali minn skambjatur PTFE multi-pass jista 'jkun aċċettabbli. F'każijiet oħra, disinn ta'-pass wieħed b'qoxra akbar (aktar tubi b'mod parallel) jista' jikseb l-istess dmir bi tnaqqis fil-pressjoni aktar baxx, għalkemm bi spiża kapitali ogħla.
Tabella ta' Tqabbil: Skambjaturi tas-Sħana PTFE b'pass wieħed vs. -Pass wieħed
It-tabella t'hawn taħt tqabbel il-karatteristiċi ta' prestazzjoni tipiċi għal rata ta' fluss tal-ġenb ta' tubu totali fiss-u żona fissa tat-trasferiment tas-sħana. Il-valuri huma illustrattivi; il-prestazzjoni attwali tiddependi fuq dimensjonijiet speċifiċi u proprjetajiet tal-fluwidu.
| Numru ta' Passi tat-Tubi | Veloċità Relattiva tat-Tubu* | Tubu Relattiv-Koeffiċjent tat-Trasferiment tas-Sħana tal-Ġnub** | Qasgħa tal-Pressjoni Relattiva (Tubu In-naħa) | Medda ta' Fattur ta' Korrezzjoni LMTD | Applikazzjonijiet Tipiċi |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 (Pass-Uniku) | 1.0 (linja bażi) | 1.0 (linja bażi) | 1.0 (linja bażi) | 1.00 (kontrofluss pur possibbli) | Sistemi ta'-pressjoni-baxxa; gassijiet; likwidi ta'-fluss-għoli |
| 2 (Żewġ-Passa) | 2.0 | 1.3 – 1.5 | 3.5 – 4.5 | 0.95 – 0.99 | L-aktar komuni għal skambjaturi PTFE likwidu; bilanċ tajjeb |
| 4 (Erbgħa-Passa) | 4.0 | 1.6 – 1.9 | 12 – 18 | 0.90 – 0.95 | Likwidi ta'-viskożità għolja jew meta jkun meħtieġ valur U-għoli ħafna; iċċekkja l-ispiża tal-ippumpjar |
| 6 jew 8 Għaddi | 6 – 8 | 1.9 – 2.3 | > 30 | < 0.90 | Rari; biss b'fluwidi ta'-viskożità baxxa u ΔP permissibbli għoli |
* Veloċità relattiva għal disinn ta'-pass wieħed bl-istess għadd ta' tubi u rata tal-fluss.
** Stimat għal fluss turbulenti jew ta' tranżizzjoni. It-titjib attwali jiddependi fuq esponent tan-numru Reynolds (tipikament h ~ v^0.8 għal fluss turbulenti).
Konsiderazzjonijiet prattiċi għall-irfinar tal-wiċċ
Fl-applikazzjonijiet tal-irfinar tal-wiċċ (kisi, anodizzazzjoni, pickling), il-fluwidu tal-ġenb tat-tubu-spiss huwa l-banju tal-proċess innifsu-soluzzjoni aċiduża jew alkalina b'solidi sospiżi jew metalli maħlula. Japplikaw il-linji gwida prattiċi li ġejjin:
Disinji ta'-pass wieħedjintużaw ta 'spiss meta l-banju jiġi ċċirkolat b'rata ta' fluss għolja għat-taħlit jew filtrazzjoni tat-tank. F'każijiet bħal dawn, il-veloċità tista 'diġà tkun biżżejjed, u ż-żieda ta' passaġġi żżid biss il-waqgħa tal-pressjoni mingħajr gwadann proporzjonali fit-trasferiment tas-sħana.
Żewġ-disinji għaddewhuma l-aktar konfigurazzjoni komuni għall-iskambjaturi tas-sħana PTFE f'linji ta' kisi ta' daqs-moderat. Huma jipprovdu spinta sinifikanti għat-trasferiment tas-sħana filwaqt li jżommu tnaqqis fil-pressjoni fil-kapaċità tal-pompi ċentrifugali standard (tipikament telf ta '1-3 bar).
Erba'-disinji li jgħadduhuma impjegati meta l-erja disponibbli għat-trasferiment tas-sħana hija limitata (eż., skambjatur retrofitted li għandu jidħol fi spazju eżistenti) u l-pompa jkollha ras żejda. Jintużaw ukoll għat-tisħin ta' fluwidi viskużi bħall-aċidu fosforiku ikkonċentrat jew ċerti banjijiet ta' proċess organiku.
Ta' min jinnota li l-arranġament tal-qoxra-ġnub jinfluwenza wkoll l-aħjar numru ta' passaġġi tat-tubu. Jekk il-fluwidu tal-ġnub tal-qoxra-huwa kondensazzjoni tal-fwar (li għandu koeffiċjent ta 'trasferiment tas-sħana għoli ħafna), ir-reżistenza tal-ġnub-tubu tiddomina, u disinji b'ħafna-pass huma ta' benefiċċju kbir. Jekk il-fluwidu tal-ġenb tal-qoxra- huwa ilma li jkessaħ b'koeffiċjent baxx, it-titjib tal-ġenb tat-tubu waħdu jista 'ma jwassalx għal titjib ġenerali kbir.
Eżempju tad-Disinn: Għażla tan-Numru ta' Passi
Ikkunsidra skambjatur tas-sħana PTFE li jsaħħan banju tal-kisi tan-nikil minn 55 grad sa 60 grad bl-użu tal-fwar fuq in-naħa tal-qoxra. Id-dazju tas-sħana meħtieġ huwa 100 kW. Il-pompa taċ-ċirkolazzjoni disponibbli tipprovdi 30 m³/h ta 'fluwidu tal-banju permezz tal-iskambjatur. Disinn preliminari ta'-passaġġ wieħed li juża 200 tubu ta' 6 mm ID jagħti veloċità-tal-ġenb ta' tubu ta' 0.5 m/s, tnaqqis fil-pressjoni ta' 0.3 bar, u koeffiċjent ta' trasferiment tas-sħana totali kkalkulat (U) ta' 200 W/m²·K. L-erja meħtieġa hija 12 m².
Billi taqleb għal disinn ta' 2-pass (100 tubu kull pass), il-veloċità tirdoppja għal 1.0 m/s. Il-koeffiċjent tal-ġenb tat-tubu jiżdied b'madwar 40%, u jgħolli l-U għal 260 W/m²·K. L-erja meħtieġa tinżel għal 9.2 m² (skambjatur iżgħar u bi prezz aktar baxx). Il-waqgħa tal-pressjoni titla 'għal madwar 1.2 bar, li għadha fil-kapaċità tal-pompa. Id-disinn 2-pass huwa b'mod ċar superjuri.
Jekk jiġi kkunsidrat disinn b'4-pass (50 tubu kull pass), il-veloċità tilħaq 2.0 m/s, u U tiżdied għal madwar 300 W/m²·K. L-erja meħtieġa tinżel għal 8 m². Madankollu, tnaqqis fil-pressjoni jitla' għal madwar 5 bar, li jista 'jaqbeż ir-ras tal-pompa jew jikkawża konsum eċċessiv ta' enerġija. Il-fattur ta 'korrezzjoni LMTD jaqa' għal 0.93, u jnaqqas ftit il-forza tas-sewqan attwali. F'dan il-każ, id-disinn 2-pass joffri l-aħjar bilanċ.
Konklużjoni
In-numru ottimali ta' passaġġi ta' tubi fi skambjatur tas-sħana PTFE jiddependi fuq il-waqgħa tal-pressjoni disponibbli u l-ħtieġa li jittejjeb it-trasferiment tas-sħana fit-tubi PTFE ta'-konduttività baxxa. Disinji ta'-pass wieħed jimminimizzaw il-waqgħa fil-pressjoni u jżommu l-LMTD kontrakurrent sħiħ, u jagħmluhom adattati għal gassijiet jew sistemi b'kapaċità limitata ta' ippumpjar. Disinji b'ħafna-pass (tipikament 2-pass jew 4-pass) iżidu l-veloċità tal-ġenb tat-tubu, jagħtu spinta lill-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana bl-ispiża ta 'waqgħa ogħla fil-pressjoni u tnaqqis żgħir fl-LMTD. Għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tal-irfinar tal-wiċċ likwidu, disinn b'żewġ passaġġi jipprovdi kompromess effettiv, li jwassal gwadann ta 'prestazzjoni sinifikanti mingħajr talbiet eċċessivi ta' ippumpjar.
L-ottimizzazzjoni termali-idrawlika hija parti standard tad-disinn tal-iskambjatur tas-sħana PTFE. In-numru korrett ta 'passes huwa determinat billi jibbilanċja t-titjib tat-trasferiment tas-sħana kontra restrizzjonijiet ta' waqgħa tal-pressjoni, filwaqt li jiġu rrispettati wkoll il-limiti tal-veloċità tal-PTFE biex tiġi evitata l-vibrazzjoni tat-tubu. Meta speċifikat kif suppost, l-arranġament tal-pass magħżul jiżgura li l-iskambjatur jissodisfa dmiru b'mod affidabbli u effiċjenti tul il-ħajja tas-servizz tiegħu.
