Hverjir eru hlutfallslegir kostir einnar-Pass og Multi-Pass PTFE hitaskiptahönnun?

Í PTFE skel-og-röraskiptum getur rör-hliðarvökvinn farið í gegnum frá inntak til úttaks einu sinni eða honum er hægt að endur-renna í gegnum búntið nokkrum sinnum. Fjöldi umferða ákvarðar hraða vökva, skilvirkni varmaflutnings og dæluafl sem þarf. Áherslan er oft á að hámarka rör-hliðarvarmaflutningsstuðulinn, vegna þess að PTFE hefur í eðli sínu lága hitaleiðni (um 0,25 W/m·K). Hins vegar er valið á einni-passa eða fjöl{10}}passahönnun ekki léttvægt-það er meðvitað skipt-á milli hækkunar á hitaflutningi og refsingar um þrýstingsfall.

Tube Pass fyrirkomulag útskýrt
Fjöldi rörganga er fjöldi skipta sem vökvinn sem fer í gegnum rörin flæðir yfir lengd skiptis. Passar eru framleiddar með því að setja skilrúm (passageir) í rásina eða vélarhlífina í öðrum eða báðum endum skiptisins. Þessar skilrúm leyfa vökvanum að flæða aðeins í gegnum hluta af rörunum, áður en hann snýr við og flæðir inn í hitt settið af rörum.

Framkvæmdir með einum-passa
Í einum-gangi (1-pass) skiptis fer vökvinn á slönguhliðinni inn í rásina í öðrum endanum, rennur beint í gegnum öll rör samhliða og fer út á hinum endanum. Það eru engir innveggir. Þetta er einfaldasta flæðishönnunin.

Fjöl-passahönnun (2 passa, 4 passa osfrv.)
Í fjöl-rásarfyrirkomulagi fer vökvinn nokkrum sinnum í gegnum slöngubúntið. Til dæmis, með 2-passa skipti er innrennslisrásin aðskilin í tvo hluta. Vökvi er settur í einn hluta, fer í gegnum hálf rör til ystu enda, breytir um stefnu í afturhlífinni, fer aftur í gegnum rörin sem eftir eru og fer frá seinni hluta inntakshliðarrásarinnar. Í 4 passa skipti er þessi aðgerð endurtekin tvisvar.

Fjöldi yfirferða er alltaf jöfn tala þannig að inntaks- og úttakstútar eru á sama enda skiptisins, sem auðveldar rörtengingar.

Helsti munur á hitauppstreymi-vökva
Val á stakri eða fjölrásar PTFE varmaskiptahönnun er undir áhrifum áhrifa á vökvahraða, hitaflutningsstuðul, þrýstingsfall og log meðalhitamun (LMTD).

Hitaflutningsstuðull og vökvahraði
Hraði vökvans í hverju röri er fall af fjölda röra sem eru í notkun fyrir hverja leið fyrir tiltekið heildarhliðarflæðishraða rörsins. Í einni umferðarhönnun eru öll rörin virk á sama tíma. Tiltækt flæðisvæði er summan af flæðisvæðum allra röra. Þess vegna er hraðinn frekar lítill nema heildarrennslishraði sé mikill.

Í fjöl-hönnun er sama heildarflæði keyrt í gegnum hverja umferð með því að nota aðeins brot af rörunum. Í 2-passa skipti með tveimur eins slönguhópum inniheldur hver flutningur helmingur heildarröranna. Hraðinn í hverri túpu er tvöfaldaður með tilliti til einnar umferðarsviðsmyndar (fyrir sama heildarrennslishraða). Hraði er fjórfaldast með 4 passa stillingum.

Varmaflutningsstuðullinn eykst með aukningu Reynolds tölunnar á rörhliðinni vegna hækkunar á hraðanum. Takmarkandi hindrunin fyrir hitaflutningi er oft rör-hliðarvökvafilman (hvort sem skel-hliðarvökvinn er þéttandi gufa eða vökvi með mikla-leiðni). Þar sem PTFE rör eru nú þegar léleg í hitaleiðni, getur aukning á hliðarhraða rörsins aukið heildarvarmaflutningsstuðulinn til muna.

Áhrif þrýstingsfalls
Hærri hraðakostnaður: Þrýstifall eykst með veldi hraðans (u.þ.b.). Fyrir 2-passahönnun er þrýstingsfallið á slöngunni um það bil 4 sinnum meira en í einni umferðarhönnun (hraði tvisvar + viðbótartap í afturhlífinni). Fyrir 4 passa hönnun getur þrýstingsfallið verið 16 sinnum meira, auk mikils taps í öfughólfunum.

Í reynd er fjöldi flutninga sem notaðir eru almennt takmarkaður af tiltæku dæluafli eða leyfilegu þrýstingstapi í vinnslulínunni. Venjulegt fyrirkomulag fyrir PTFE varmaskipti er 2-pass eða 4-pass. Ef vökvinn á slönguhliðinni er vökvi með miðlungs seigju og dælan er með nægjanlegan lofthæð, er einhliða hönnun ákjósanleg með vökva á gasslöngunni (þar sem þrýstingsfall verður mikilvægara) eða með þegar mikið flæði.

Leiðrétting á logmeðalhitamun (LMTD)
Einn helsti greinarmunurinn er sá að fjöl-passakerfi eru ekki hreint mótstreymi, sem dregur úr virkum hitadrifkrafti. LMTD er hæst í skiptiskipti með einni umferð með mótstreymisfyrirkomulagi (slönguvökvi í gagnstæða átt við vökva á hlífðarhliðinni). Í fjöl-skiptiskipti er flæðimynstrið nálægt blönduðu eða krossflæði og leiðréttingarstuðull (stundum kallaður F) er notaður á mótstraums LMTD.

Fyrir 2-passa skipti er LMTD leiðréttingarstuðullinn venjulega á bilinu 0,95 til 0,99 fyrir flestar notkunaraðstæður - lítil lækkun. Fyrir 4-passa skiptara getur stuðullinn verið allt að 0,90-0,95. Fyrir háhita kross forrit (þar sem inntaks- og úttakshitastig eru mjög nálægt) getur leiðréttingarstuðullinn verið verulega lægri en 1 þar sem ávinningurinn af meiri hraða getur verið að engu. Þannig er multi-pass hönnun farsælust fyrir hóflega hitabreytingar á rörhliðinni.

Mikilvægi PTFE hitaskipta
Þar sem PTFE hefur lága hitaleiðni er túpans-hliðarfilmuviðnám oft ríkjandi fyrir heildarvarmaflutninginn. Þess vegna er eitt af mikilvægu hönnunarmarkmiðunum að bæta rör-hliðarstuðulinn. Multi-passahönnun nær þessu án þess að krefjast stærra heildarflæðishraða frá verksmiðjudælunni, sem gerir þær eftirsóknarverðar fyrir endurbætur eða þar sem flæðishraðinn er fastur.

Hins vegar eru PTFE slöngur vélrænt mjúkar og geta titrað við mikinn flæðishraða. Of mikill hraði getur valdið slönguflökti og leitt til þess að hnoðað sé gegn skífum eða skemmdum á slönguplötu. Fyrir PTFE slöngur eru dæmigerðir leiðbeinandi hliðarhraðar slöngunnar 0,5 til 2,0 m/sek (1,6 til 6,6 fet/sek). Fjöl-hönnun sem eykur hraðann úr 0,5 m/s í 1,0 m/s er góð, en að auka hann í 3,0 m/s getur valdið vélrænum vandamálum. Fjöldi umferða ætti að vera valinn til að halda hraðanum á því bili sem framleiðandi tilgreinir.

Einnig ætti að jafna kosti hitaflutnings á móti dælukostnaði. Vinnudæla er nú þegar fáanleg fyrir tankflæði. Þrýstingsfall fjöl- PTFE skiptis getur verið ásættanlegt í mörgum yfirborðsfrágangsferlum. Að öðrum kosti getur hönnun með einni umferð með stærri skel (fleiri rör samhliða) framkvæmt sömu virkni við lægra þrýstingsfall en hærri fjármagnskostnað.

Samanburðartafla: Einfaldir-Pass á móti Multi-Pass PTFE varmaskipti
Eftirfarandi tafla sýnir dæmigerða frammistöðutölfræði fyrir fastan heildarrör-hliðarflæðishraða og fast hitaflutningssvæði. Gildi eru dæmigerð; Raunveruleg frammistaða mun treysta á upplýsingar um stærð og vökvaeiginleika.

Fjöldi rörganga Hlutfallslegur rörhraði* Hlutfallslegur rör-Hitaflutningsstuðull á hlið** Hlutfallslegt þrýstingsfall (rörhlið) LMTD leiðréttingarstuðull Dæmigerð notkun
1 (Einn-Pass) 1,0 (grunnlína) 1,0 (grunnlína) 1,0 (grunnlína) 1,00 (hugsanlegt hreint mótstreymi) Vökvar með miklum flæði; lofttegundir; lágþrýstingsfallskerfi
2 (Tveir-Passar) 2.0 1.3 - 1.5 3.5 - 4.5 0.95 - 0.99Gott jafnvægi Algengast fyrir PTFE vökvaskiptara
4 (Fjórir-Passar) 4.0 1.6 – 1.9 12 – 18 0.90 – 0,95 Mikil seigja vökvar eða mjög hátt U-gildi krafist; athugaðu dælukostnað
6 eða 8 Pass 6 – 8 1.9 – 2,3 > 30 < 0,90 Sjaldgæfar; aðeins með vökva með litlum seigju og háum leyfilegum ΔP hraða miðað við hönnun með einni umferð með sama fjölda röra og flæðishraða. Áætlað fyrir ókyrrð eða umbreytingarflæði. Raunveruleg framför veltur á Reynolds talnaveldi (venjulega h ~ v^0.8 fyrir ókyrrð flæði).

Hagnýt atriði í yfirborðsfrágangi
Í mörgum yfirborðsfrágangi (húðun, rafskautshreinsun, súrsun) er vökvinn á rörhliðinni oft vinnslubaðið sjálft, súr eða basísk lausn sem inniheldur sviflausnar agnir eða uppleysta málma. Eftirfarandi hagnýtar leiðbeiningar eiga við:

Hátt flæðihraði í baðinu fyrir tankblöndun eða síun veldur oft stakri-gangshönnun. Við slíkar aðstæður gæti hraðinn þegar verið nægur og fleiri ferðir myndu bara auka þrýstingsfallið án samsvarandi aukningar á varmaflutningi.

Tveggja passahönnunin er mest notaða PTFE varmaskiptahönnunin fyrir málunarlínur í hóflegri stærð. Varmaflutningurinn eykst umtalsvert á meðan þrýstingsfallið er haldið innan marka venjulegra miðflóttadælna (venjulega 1–3 bör tap).

Fjórar -passahönnun eru notuð þegar tiltækt hitaflutningssvæði er takmarkað (til dæmis endurbyggður skipti sem verður að passa inn í núverandi rými) og dælan er með aukahaus. Þau eru einnig notuð til að hita seigfljótandi vökva eins og óblandaða fosfórsýru eða önnur efnavinnsluböð.

Það er líka nefnt að ákjósanlegur fjöldi slönguganga sé undir áhrifum frá skel-hliðarskipulagi. Ef skel-hliðarvökvinn er gufuþétting (sem hefur mjög háan hitaflutningsstuðul) ræður -hliðarviðnám rörsins og fjöl-hönnun er mjög hagstæð. Ef vökvinn á skelhliðinni er kælivatn með lágum stuðli, þá getur það ekki gefið verulegan heildarávinning að bæta aðeins slönguhliðina.

Hönnunardæmi: Hversu mörg passa á að velja
Íhugaðu PTFE varmaskipti sem hitar nikkelhúðunarbað frá 55 gráðum C til 60 gráður C með því að nota gufu á skelhliðinni. Hitaskyldan sem krafist er er 100 kW. Hringrásardælan getur dreift baðvökva upp á 30 m3/klst í gegnum skiptiskipti. Bráðabirgðahönnun með einni umferð með 200 rörum með 6 mm ID leiðir til 0,5 m/s rörhliðarhraða, 0,3 bör þrýstingsfall og reiknaðan heildarvarmaflutningsstuðul (U) 200 W/m2.K. Nauðsynlegt svæði er 12 m².

2-passa hönnunin (100 slöngur/rás) tvöfaldar hraðann í 1,0 m/s. Hliðarstuðull rörsins hækkar um tæp 40%, sem gefur U upp á 260 W/m2K. svæði sem þarf er minnkað í 9,2 m2 (minni, ódýrari skipti). Þrýstitapið eykst í u.þ.b. 1,2 bör sem er enn innan getu dælunnar. 2-passa hönnunin er vissulega betri.

Fyrir 4-passa uppsetningu (50 rör í hverri umferð) er hraðinn 2,0 m/s og U er aukinn í um 300 W/m2.K. Áskilið svæði 8 m2 Þrýstifallið verður hins vegar um 5 bör, sem getur verið stærra en dæluhausinn eða leitt til mikillar orkunotkunar. Aðlögunarstuðullinn fyrir LMTD er 0,93, sem dregur nokkuð úr raunverulegum drifkrafti. Í þessari atburðarás er tilvalin málamiðlun 2-passa hönnunin.

Lokaorð