Tube Length Trade-Pois
Pidemmät putket yhdellä kierrolla{0}}PTFE-lämmönvaihtimessa tarjoavat enemmän pinta-alaa putkea kohti, mikä vähentää tarvittavien putkien määrää ja yksinkertaistaa kokoojan suunnittelua. Mutta pidemmät putket lisäävät myös höyryn paineen laskua tuloaukosta ulostuloon. Paine putken lauhdepäässä on pienempi kuin höyryn sisääntulossa. Koska höyryn kyllästyslämpötila laskee paineen myötä, tehollinen lämpötilan käyttövoima lämmönsiirrossa pienenee putken pituudella.
Putken pituuden ja painehäviön välinen suhde määrittää käytännöllisen maksimipituuden yksittäiselle-putkelle. Tämän pituuden ylittävä kyllästyslämpötilan menetys poistopäässä vähentää lämmönsiirtoa putken alavirran osassa ei-hyväksyttävälle tasolle.
Painehäviön laskenta
Höyryn paineen lasku suorassa PTFE-putkessa lasketaan Darcy-Weisbach-yhtälöstä: ΔP=f × (L/D) × (ρ × v² / 2), missä f on Darcyn kitkakerroin, L on putken pituus, D on putken sisähalkaisija, ρ on höyryn tiheys, ja v on höyryn tiheys.
Höyryn virtaukselle tasaisissa PTFE-putkissa kitkakerroin riippuu Reynolds-luvusta. Tyypillisillä höyrynopeuksilla 5-20 m/s 6-10 mm sisähalkaisijaputkissa Reynoldsin luku on 5 000-50 000 turbulenttisessa järjestelmässä. Sileiden putkien kitkakerroin on noin 0,02-0,03.
Kun höyry tiivistyy putkea pitkin, höyryn nopeus laskee. Painehäviö ei ole lineaarinen pituuden suhteen-ylävirran osuudella, jolla on suurempi nopeus, on suurempi painehäviö metriä kohti kuin alavirran osuudella.
| Putken pituus (m) | Tulopaine (barg) | Poistopaine (barg) | Painehäviö (bar) | Ulostulon kyllästymislämpötila ( aste ) | LMTD-tappio (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 3.0 | 2.96 | 0.04 | 142.5 | 0.5 |
| 2.0 | 3.0 | 2.91 | 0.09 | 141.8 | 1.2 |
| 3.0 | 3.0 | 2.85 | 0.15 | 140.8 | 2.2 |
| 5.0 | 3.0 | 2.70 | 0.30 | 138.5 | 4.8 |
| 8.0 | 3.0 | 2.45 | 0.55 | 135.0 | 9.5 |
Laskettu 10 mm OD × 8 mm ID PTFE-putkelle, höyryn massavirtaus 1,5 kg/h putkea kohti, tulopaine 3 barg.
Tehokas lämpötilaero
Kyllästyslämpötilan lasku putkea pitkin vähentää paikallista LMTD:tä ulostulopäässä. Jos prosessineste on 60 astetta, LMTD putken sisääntulossa (143 asteen höyry) on noin 83 astetta. Putken ulostulossa 0,15 baarin painehäviöllä (2,0 metrin putki) höyryn lämpötila on 140,8 astetta ja LMTD on noin 80,8 astetta -2,6 %:n lasku.
LMTD:n keskiarvoa putken pituudella käytetään lämmönsiirtolaskelmissa. 2,0 metrin putken keskimääräinen LMTD on noin 82 astetta. 5,0 metrin putkella, jonka painehäviö on 0,30 baaria, keskimääräinen LMTD putoaa noin 79 asteeseen -5 % vähemmän kuin 2,0 metrin kotelossa.
LMTD-häviö tarkoittaa, että pidempi putki tuottaa vähemmän lämmönsiirtoa pituutta kohti kuin lyhyempi putki. Kokonaislämmönsiirto kasvaa pituuden myötä, mutta tuoton pienentyessä.
Käytännön suurin putken pituus
Käytännöllinen maksimiputken pituus yhden-putken PTFE-lämmönvaihtimelle on noin 3-4 metriä. Tämän pituuden ylittävä painehäviö-sekä LMTD:n menetys että höyrylukon lisääntynyt vastapaine kompensoivat ylimääräistä pinta-alaa. Sovelluksissa, jotka vaativat enemmän pinta-alaa, useita lyhyempiä putkia rinnakkain suositellaan harvempien pidempien putkien sijaan.
Pystysuorassa-käytävässä, jossa lauhde valuu painovoiman vaikutuksesta ja höyry-lauhteen virtaus on samanvirtainen alaspäin, jopa 5 metrin pituiset putket voivat olla hyväksyttäviä, koska painovoima auttaa vedenpoistoa ja vähentää lauhteen -liittyvää painehäviökomponenttia.
Yhteenveto
Höyryn paineen aleneminen PTFE-lämmönvaihdinputkessa yhdellä-kierroksella kasvaa putken pituuden myötä, mikä vähentää kyllästymislämpötilaa ulostulossa ja tehollista LMTD:tä. Käytännöllinen maksimiputken pituus on 3-4 metriä vaakaputkille ja jopa 5 metriä pystysuuntaisille samanvirtaisille alasvirtausmalleille. Näiden pituuksien lisäksi pienenevä lämmönsiirron paluu ja lisääntynyt lauhdejärjestelmän vastapaine suosivat useita lyhyempiä putkia rinnakkain.
Tekninen tuki PTFE-lämmönvaihtimen putken pituuden optimointiin on saatavilla, kun höyrynpaine, lämpöteho, putken mitat ja prosessinesteen lämpötila on toimitettu.
