Một nhà máy hóa chất đặc biệt vận hành một lò phản ứng xử lý dung dịch polymer có độ nhớt khoảng 15.000 mPa·s ở nhiệt độ vận hành. Lò sưởi ngâm PTFE hiện có đã bị hỏng sau bốn tháng. Vỏ bọc có một dải mềm, phồng rộp dọc theo phần được làm nóng phía dưới và điện trở cách điện đã giảm xuống dưới 8 MΩ. Lò phản ứng không được khuấy trộn theo nghĩa thông thường-nó sử dụng một máy khuấy cánh khuấy chậm để di chuyển chất lỏng nhớt một cách nhẹ nhàng nhưng không tạo ra dòng chảy hỗn loạn ở vỏ bọc bộ gia nhiệt.
Chất lỏng nhớt về cơ bản khác với bồn tắm nước-ở đặc tính truyền nhiệt của chúng. Lớp ranh giới ở vỏ lò sưởi dày và ổn định. Đối lưu tự nhiên yếu. Nhiệt do bộ gia nhiệt tạo ra không thể thoát ra ngoài một cách hiệu quả và nhiệt độ vỏ bọc tăng cao hơn nhiều so với nhiệt độ khối chất lỏng.
Vấn đề truyền nhiệt trong chất lỏng nhớt
Trong chất lỏng nhớt, hệ số truyền nhiệt đối lưu thấp. Đối với chất lỏng có độ nhớt gấp 100 lần nước, hệ số có thể bằng 10–20% giá trị nước. Độ chênh lệch nhiệt độ cần thiết để truyền một dòng nhiệt nhất định tương ứng cao hơn.
Đối với bộ gia nhiệt ngâm PTFE hoạt động ở công suất 1,0 W/cm² trong chất lỏng nhớt, khoảng cách nhiệt độ từ-đến{2}}vỏ bọc có thể là 40–60 độ . Trong bồn tắm dùng nước-có cùng mật độ watt, khoảng cách là 12–18 độ . Khe hở cao hơn có nghĩa là vỏ bọc hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nhiều đối với cùng một nhiệt độ khối.
| Độ nhớt chất lỏng | Liên quan đến nước | Hệ số đối lưu | Vỏ bọc ΔT ở mức 1,0 W/cm2 | Mật độ Watt an toàn |
|---|---|---|---|---|
| Nước | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12–18 độ | 1,5–2,0 W/cm2 |
| Dầu nhẹ | 10× | 300–600 W/m²·K | 25–35 độ | 1,0–1,3 W/cm2 |
| Dung dịch polyme | 100× | 100–250 W/m²·K | 40–60 độ | 0,6–0,9 W/cm2 |
| Polyme nặng | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60–90 độ | 0,4–0,6 W/cm2 |
Truyền nhiệt và mật độ watt an toàn cho chất lỏng nhớt
Sửa đổi lò sưởi cho dịch vụ nhớt
Máy sưởi phải được sửa đổi để hoạt động an toàn trong chất lỏng nhớt. Những sửa đổi này giải quyết ba yếu tố quyết định nhiệt độ vỏ bọc: mật độ watt, diện tích bề mặt và lưu lượng.
Mật độ watt phải giảm xuống phạm vi an toàn cho độ nhớt của chất lỏng. Đối với dung dịch polymer có độ nhớt gấp 100 lần nước, mật độ watt an toàn là 0,6–0,9 W/cm2. Điều này đòi hỏi nhiều diện tích bề mặt hơn cho cùng một công suất.
Bạn có thể đạt được diện tích bề mặt lớn hơn thông qua cấu hình nhiều{0}}hoặc mở rộng. Một lò sưởi vốn là một bó nhỏ gọn trong nước sẽ trở thành một bộ phận dài, phân bố trong chất lỏng nhớt.
Dòng chảy ở vỏ bọc phải được cải thiện. Máy khuấy cánh khuấy chậm không tạo ra dòng chảy ở bề mặt gia nhiệt. Một thiết bị dẫn điện chuyên dụng hoặc một bơm tuần hoàn nhỏ có thể truyền trực tiếp qua vỏ bọc, làm giảm độ dày lớp biên và giảm nhiệt độ vỏ bọc.
| Sửa đổi | Ảnh hưởng đến nhiệt độ vỏ bọc | Thực hiện |
|---|---|---|
| Giảm mật độ watt xuống 0,7 W/cm2 | Thấp hơn 15–25 độ | Diện tích bề mặt nhiều hơn |
| Tăng diện tích bề mặt lên 2× | Thấp hơn 10–15 độ | Cấu hình nhiều{0}}pass |
| Thêm bộ giáo dục ở vỏ bọc | Thấp hơn 15–25 độ | Máy bơm nhỏ hoặc khí nén |
| Thêm vòng tuần hoàn | Thấp hơn 20–30 độ | Máy bơm và đường ống |
Những thay đổi về dịch vụ nhớt và ảnh hưởng của chúng đến nhiệt độ vỏ bọc
Thử thách hình học lò phản ứng
Lò phản ứng hóa học thường có hình dạng khác với bể mạ. Lò phản ứng có thể có dạng hình trụ với mái vòm trên và dưới, có trục khuấy trung tâm và các vách ngăn. Không gian sẵn có cho lò sưởi được giới hạn ở vùng hình khuyên giữa máy khuấy và thành bình.
Bộ sưởi nhiều{0}}có diện tích bề mặt lớn có thể không vừa với không gian hình khuyên. Bộ gia nhiệt phải được thiết kế theo độ cong của thành bình hoặc vừa với không gian có sẵn mà không gây trở ngại cho máy khuấy.
| Loại lò phản ứng | Không gian có sẵn | Cấu hình máy sưởi được đề xuất |
|---|---|---|
| Hình trụ, máy khuấy | Khoảng cách hình khuyên | Nhiều đường chuyền cong |
| Hình trụ, không có máy khuấy | Âm lượng đầy đủ | Thẻ đa cấp trung tâm |
| Tàu có áo khoác | Không gian cuộn dây bên trong | Cuộn dây hoặc lưỡi lê |
| Lò phản ứng nhỏ | Giới hạn | Mật độ-watt-thấp nhỏ gọn |
Hình dạng lò phản ứng và cấu hình lò sưởi
Khi máy sưởi tiêu chuẩn không thể sửa đổi
Nếu lò phản ứng không thể đáp ứng được diện tích bề mặt cần thiết để có mật độ watt thấp thì các giải pháp là giảm công suất, chấp nhận tuổi thọ sử dụng ngắn hơn hoặc sử dụng phương pháp gia nhiệt thay thế. Bộ trao đổi nhiệt bên ngoài có thể phù hợp hơn cho dịch vụ nhớt vì nó có thể cung cấp nhiều diện tích bề mặt hơn với thể tích nhỏ hơn.
Khi cần có cấu hình tùy chỉnh
Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh với mật độ watt thấp, diện tích bề mặt lớn và khả năng tăng dòng chảy được thiết kế cho dịch vụ lò phản ứng nhớt. Quá trình đặc tả yêu cầu độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ vận hành, kích thước lò phản ứng, loại và tốc độ máy khuấy, công suất cần thiết và yêu cầu về độ đồng đều nhiệt độ.
