Pitkän säiliön virtausongelma
Pitkät kapeat säiliöt-, jotka ovat tyypillisiä jatkuvalle nauhapinnoitukselle, langankäsittelylle ja automatisoiduille piirilevylinjoille-kärsivät oikosulusta-. Toisesta päästä sisään tuleva prosessineste virtaa suoraan toisessa päässä olevaan ulostuloon sekoittumatta kokonaan säiliön leveyden poikki. Nopeusprofiili ei ole-yhtenäinen. Lämmitys ei ole-tasainen. Käsittelyn tai pinnoituksen laatu vaihtelee tuotteen leveyden mukaan.
Perinteisissä ratkaisuissa on erilliset ohjauslevyt-pystysuorat levyt, jotka ulottuvat säiliön leveyden poikki-, jotka ohjaavat virtausta ja edistävät sekoittumista. Nämä ohjauslevyt vievät säiliön tilavuuden, lisäävät kustannuksia ja vaikeuttavat säiliön puhdistusta.
PTFE-lämmönvaihdin, joka on suunniteltu sopivan geometrian ja rakenteellisen jäykkyyden mukaan, voi toimia sekä lämmönlähteenä että virtausta{0}}suuntaavana ohjauslevynä. Putkinippu, joka on järjestetty pystytasoon kohtisuoraan virtaussuuntaan nähden, toimii osittaisena välilevynä, kun sen suuri pinta-ala lämmittää tasaisesti. Yksi kokoonpano suorittaa kaksi toimintoa, mikä vähentää säiliön monimutkaisuutta ja vapauttaa tilavuutta tuotantoa varten.
Kaksi{0}}toimintoa koskevat suunnitteluvaatimukset
Toimiakseen rakenteellisena välilevynä PTFE-putkinipun täytyy ulottua koko säiliön leveydelle ja merkittävälle osalle säiliön syvyyttä. Putkiristikko on järjestetty pystytasoon, jossa on useita putkirivejä ja sarakkeita. Putkien välinen etäisyys määrää välilevyn virtausvastuksen: lähempi etäisyys lisää virtauksen suuntaa ja painehäviötä; leveämpi etäisyys mahdollistaa enemmän läpivirtausta-ja vähentää ohjaustehostetta.
Optimaalinen putkiväli tasapainottaa ohjauslevytoiminnon (virtauksen uudelleenohjaus) lämmitystoimintoa (maksimoi lämmönsiirtopinta) ja painehäviötä (joka vaikuttaa pumppausenergiaan). Tietyn säiliögeometrian laskennallinen nestedynamiikan analyysi määrittää etäisyyden, jolla saavutetaan haluttu virtauskuvio ja samalla lämmitystarve.
Ohjauslevyn{0}}vaihtimen tukirakenteen on kestettävä uudelleen suunnatun virtauksen aiheuttamat hydrodynaamiset voimat. Virtaus asettaa hajautetun kuorman putkikimpulle, joka siirtyy putkien kautta tukirunkoon ja lopulta säiliön seiniin tai lattiaan. Tukirakenne on kestävämpi kuin tavallinen upotuskela, ja siinä on ylimääräisiä poikki-jäykistys- ja ankkuripisteitä.
Taulukko 1: Kaksitoiminen-PTFE-lämmönvaihdin/ohjauslevyn suunnitteluparametrit (6 m pitkä × 1 m leveä × 1,5 m syvä säiliö)
| Lämmitys-Vain suunnittelu | Lämmitys + välilevysuunnittelu | Suunnittelun perustelut | |
|---|---|---|---|
| Putkiruudukon suunta | Vaakasuora (lattiaristikko) | Pysty (poikittais-tankin taso) | Pystysuuntaus toimii virtauksen esteenä |
| Ohjain/vaihdinyksiköiden lukumäärä | 1 (pää tai keskellä) | 2-3 (tasaisesti säiliön pituudella) | Useat ohjauslevyt luovat kiemurtelevan virtausreitin |
| Putkien etäisyys (pysty × vaaka, mm) | 25 × 25 | 20 × 20 (tiukempi ohjaustehosteen vuoksi) | Tiukemmat etäisyydet lisäävät virtauksen suuntaa |
| Säiliön poikkileikkauksen -verkon peitto (%) | 60-70 % (lattiapinta-ala) | 80-90 % (poikkileikkausala) | Parempi peitto tehokkaaseen hämmennykseen |
| Tukikehyksen suunnittelu | Kevyt; tukee omaa-painoa | Vankka; tukee hydrodynaamista kuormitusta | Virtausvoimat voivat ylittää oman-painonsa |
| Kehyksen kiinnityspisteet | 2-4 (säiliön vanne tai lattia) | 4-8 (säiliön seinät ja lattia) | Siirtää ohjauslevyn kuormat säiliön rakenteeseen |
| Putken seinämän paksuus (mm) | 1.0 (vakio) | 1,2-1,5 (lisätty jäykkyyden vuoksi) | Vähentää putken taipumista virtauskuormituksen alaisena |
| Painehäviö yksikön yli (Pa) | < 50 | 100-300 | Hyväksyttävä lisäys parantaa sekoitusta |
Hydrodynaaminen kuormituslaskenta
Putkinipun virtausvoima lasketaan lähestyvän virtauksen dynaamisesta paineesta ja putkiryhmän vastuskertoimesta. Kun ristivirtausnopeus on 0,3 m/s tyypillisessä pinnoitussäiliössä, dynaaminen paine on noin 50 Pa. Yksittäiseen 10 mm putkeen kohdistuva vastusvoima tällä nopeudella on noin 0,15 N putken pituuden metriä kohti.
Ohjauslevyverkossa, jossa on 40 putkea poikki-poikkipinta-alan neliömetriä kohti, jakautunut kokonaiskuorma on noin 6 N/m² ohjauslevyn pinta-alaa. Tätä vaatimatonta kuormitusta tukee helposti PTFE-putkiristikko. Kuorma on kuitenkin jatkuvaa ja syklinen -virtaus vaihtelee pumpun nopeuden ja tuotantonopeuden mukaan-, joten tukirakenteen on otettava huomioon väsymys ja staattinen lujuus.
Tukirungossa on PTFE- tai PVDF-rakenneosia, jotka on mitoitettu laskennallisiin kuormiin, joiden myötölujuuden turvallisuuskerroin on 3 maksimikäyttölämpötilassa. Rungon liitännät säiliön rakenteeseen käyttävät PTFE-eristettyjä kiinnikkeitä galvaanisen korroosion estämiseksi.
Lämpö- ja virtaussuorituskyky
Kaksitoiminen{0}}rakenne tuottaa tasaisemman lämmityksen kuin tavallinen lattiaan-asennettu ristikko, koska pystysuora ohjauslevyn suunta pakottaa prosessinesteen virtaamaan putkikimpun läpi sen sijaan, että se nousisi sen ohi. Jokainen nesteelementti kulkee lämmitetyn putken pinnan lähellä. Risti-virtauskonfiguraatiolla saavutetaan korkeampi ulkoinen lämmönsiirtokerroin kuin luonnollinen konvektio, joka vallitsee tasaisissa säiliöissä.
Kompromissi-on lisääntynyt pumppausenergia, jolla voitetaan painehäviö jokaisen välilevyn yli. Useimmissa pieninopeuksisissa pinnoitussäiliösovelluksissa painehäviö on 100-300 Pa ohjauslevyä kohti-, mikä vastaa 10-30 mm vesipatsasta – ja ylimääräinen pumppausenergia on mitätön.
Yhteenveto
Rakenteelliseksi välilevyksi suunniteltu PTFE-lämmönvaihdin yhdistää lämmityksen ja virtaussuunnan yhdeksi kokoonpanoksi. Pystysuora putkiristikko kattaa säiliön poikkileikkauksen-suuntaamalla virtausta oikosulkujen estämiseksi-ja lämmittäen samalla tasaisesti koko säiliön syvyyden. Pienemmät putkivälit, vankka tukikehys ja suurempi putken seinämän paksuus mukauttavat vakio-PTFE-vaihtimen rakenteen kaksinkertaisen toiminnan vaatimuksiin.
Integroitu rakenne vähentää säiliön monimutkaisuutta, vapauttaa tuotantomäärää ja parantaa sekä lämpöä että hydraulista suorituskykyä verrattuna erillisiin lämmitys- ja häiriöjärjestelmiin.
Teknistä tukea kaksitoimiselle{0}}PTFE-lämmönvaihtimelle/-levylle on saatavilla, kun säiliön mitat, virtausnopeudet, sekoitusasetukset, lämmitysteho ja haluttu virtauskuvio on toimitettu.
