Sähkömuovauksen jäähdytyshaaste
Jatkuva sähkömuovaus tuottaa nikkeli- tai kuparikalvoa pyörivälle rummulle, joka on osittain upotettu elektrolyyttiin. Päällystysprosessi tuottaa huomattavaa lämpöä-tyypillisesti 30-50 kW tuotantomittakaavaisille tynnyreille. Lämpötilan säätö ±1 asteen sisällä on kriittinen kerrostuman paksuuden tasaisuuden ja mekaanisten ominaisuuksien kannalta.
Kaksivaiheinen{0}}jäähdytysjärjestelmä tarjoaa sekä tarkkuutta että kapasiteettia. Ensimmäinen vaihe hoitaa bulkkilämmön poiston kierrättävästä elektrolyytistä 25-30 asteen jäähdytystornin vedellä. Toinen vaihe tarjoaa trimmausjäähdytyksen käyttämällä jäähdytettyä 5-10 asteen vettä lopulliseen lämpötilan säätöön ennen kuin elektrolyytti palaa pinnoituskennoon.
PTFE-lämmönvaihtimen suunnittelu tätä palvelua varten vaatii erityisiä teknisiä tietoja. Epätäydelliset tai epätarkat tiedot johtavat alimitoitettuihin keloihin, riittämättömään jäähdytykseen ja tuotantonopeuden{1}}rajoituksiin. Seuraavat tiedot on kerättävä ja tarkistettava ennen suunnittelun aloittamista.
Vaaditut tietoluokat
Kuusi tietoluokkaa määrittelee kaksivaiheisen sähkömuovattavan jäähdytyskäämin suunnittelun. Jokainen luokka sisältää parametreja, jotka vaikuttavat suoraan kelan geometriaan, materiaalien valintaan ja suorituskyvyn ennusteeseen.
Lämpökuormatiedot määrittelevät, kuinka paljon lämpöä on poistettava. Tämä sisältää tasasuuntaajan ulostulon (jännite ja ampeerit), elektrolyytissä lämmöksi muunnetun sähköenergian osuuden ja mahdolliset lisälämpötulot pumpuista tai ympäristöolosuhteista. Suunnittelija muuntaa tämän kokonaisjäähdytystehoksi kilowatteina jokaista vaihetta kohti.
Elektrolyyttitiedot määrittelevät kemiallisen ja fysikaalisen ympäristön. Koostumus, pitoisuus, käyttölämpötila-alue, ominaislämpö, tiheys ja viskositeetti vaikuttavat kaikki lämmönsiirtolaskelmiin. Kloridin, sulfaatin tai orgaanisten lisäaineiden läsnäolo vaikuttaa materiaalien yhteensopivuuteen.
Spatiaalinen rajoitusdata määrittelee, mihin kelan on sopia. Sähkömuovausrummuissa tila on tyypillisesti rajoitettu elektrolyytin kierrätyssäiliöön, rumpupohjaan tai ulkoiseen lämmönvaihtimen kuoreen. Käytettävissä olevat mitat, suuttimien sijainnit ja kulkuvälit on dokumentoitava.
Taulukko 1: Kaksivaiheisen sähkömuovaavan PTFE-jäähdytyskäämin suunnittelutietovaatimukset-
| Tietoluokka | Vaaditut tiedot | Suunnitteluvaikutus |
|---|---|---|
| Lämpökuorma | Tasasuuntaajan kW teho; lämpö-elektrolyyttifraktioksi-; pumpun lämmönsyöttö; ympäristön lämmön lisäys | Määrittää kokonaisjäähdytystehon vaihetta kohti |
| Lämpötila | Elektrolyytin tulolämpötila vaiheeseen 1; tavoitelämpötila vaiheen 1 jälkeen; tavoitelämpötila vaiheen 2 jälkeen; sallittu lämpötilan vaihtelu | Määrittää LMTD:n ja lähestymislämpötilan |
| Elektrolyytin ominaisuudet | Koostumus; keskittyminen; tiheys; ominaislämpö; viskositeetti käyttölämpötilassa; lämmönjohtavuus | Määrittää lämmönsiirtokertoimet ja painehäviön |
| Jäähdytysnesteen parametrit | Vaihe 1 veden syöttölämpötila ja maksimi paluulämpötila; Vaihe 2 jäähdytetyn veden lämpötila; käytettävissä olevat virtausnopeudet; suurin sallittu painehäviö | Määrittää jäähdytysneste{0}}puolen suunnittelun ja pumpun vaatimukset |
| Spatiaaliset rajoitukset | Säiliön mitat; käytettävissä oleva kelan tilavuus; suuttimien sijainnit; esteitä; pääsy huoltoon | Määrittää kelan geometrian ja kokoonpanon |
| Käyttöaikataulu | Jatkuva tai erä; puhdas-paikalla-taajuus; odotettu likaantumisaste; suunnittelun käyttöikä | Määrittää likaantumismäärän ja siivousmahdollisuuden |
| Materiaalien yhteensopivuus | Täydellinen kemiallinen analyysi, mukaan lukien hivenjäämät; maksimilämpötilan kierto | Vahvistaa PTFE:n sopivuuden; tunnistaa mahdolliset erityisvaatimukset |
Esimerkki lämpökuorman laskemisesta
Tuotantosähkömuovausrummulle, joka toimii 8000 A ja 12 V jännitteellä, tasasuuntaaja tuottaa 96 kW sähkötehoa. Noin 85 % muuttuu lämmöksi elektrolyytissä: 82 kW. Pumpputyö lisää 3 kW. Kokonaislämpö elektrolyytiin: 85 kW.
Ensimmäinen jäähdytysvaihe poistaa 75 kW jäähdytysvedellä 28-asteisessa syötössä ja takaisin 34-asteisessa jäähdytysasteessa. Elektrolyytti tulee tähän vaiheeseen 58 asteessa ja poistuu 48 asteessa.
Toinen vaihe poistaa loput 10 kW jäähdytetyllä vedellä 7 asteessa ja palauttaa 12 asteessa. Elektrolyytti tulee sisään 48 asteen kulmassa ja poistuu prosessin asetuspisteessä 45±1 astetta.
Nämä lämpötehtävät ja lämpötilaerot määrittävät vaaditun pinta-alan kullekin vaiheelle vakiolämmönsiirtoyhtälön Q=U × A × LMTD kautta käyttämällä PTFE U--arvoa noin 280 W/m²·K pakotetussa konvektiossa.
Epätäydellisten tietojen seuraukset
Puuttuvat tai arvioidut tiedot aiheuttavat suunnitteluvirheitä. Lämpökuormituksen aliarvioiminen johtaa käämiin, joka ei pysty ylläpitämään lämpötilaa täydellä tuotantonopeudella, mikä pakottaa tasasuuntaajan tehon pienenemiseen. Käytettävissä olevan tilan yliarviointi johtaa kelaan, joka ei sovi. Puutteellisesta elektrolyyttikemiasta voi puuttua aggressiivinen jälkikomponentti, joka vaatii muutettua materiaalispesifikaatiota.
Tiedonkeruu ennen suunnittelua on investointi ensivaiheen suunnittelun tarkkuuteen. Mukautetuissa PTFE-lämmönvaihtimissa, joiden läpimenoajat mitataan viikkoina, asennuksen aikana havaitun suunnitteluvirheen korjaaminen on paljon kalliimpaa kuin aika, joka kuluu tarkkojen tietojen keräämiseen etukäteen.
Yhteenveto
Kaksivaiheisen PTFE-jäähdytyskäämin suunnittelu jatkuvaa sähkömuovausta varten vaatii kattavia tietoja kuudesta kategoriasta: lämpökuormitus, lämpötilat, elektrolyytin ominaisuudet, jäähdytysnesteen parametrit, tilarajoitukset ja käyttöolosuhteet. Jokainen luokka sisältää parametreja, jotka määrittävät suoraan kelan pinta-alan, geometrian ja konfiguraation.
Tarkka tiedonkeruu ennen suunnittelun aloittamista on tehokkain yksittäinen askel sen varmistamiseksi, että toimitettu PTFE-lämmönvaihdin täyttää suorituskykyvaatimukset ensimmäisessä asennuksessa ilman kalliita muutoksia.
Pyynnöstä on saatavilla tekninen tiedonkeruumalli PTFE-jäähdytyskäämin sähkömuovausta varten, ja se tarjoaa jäsennellyt lomakkeet kaikille vaadituille parametreille tyypillisin arvoalueineen ja mittausohjeineen.
