Một nhà máy hóa chất đặc biệt cần đun nóng dung dịch polymer có độ nhớt khoảng 20.000 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 10 MΩ. Máy sưởi đã được chỉ định ở mức 1,2 W/cm2, phù hợp với nước nhưng lại quá mạnh đối với dung dịch polyme nhớt.
Chất lỏng có độ nhớt cao đặt ra thách thức cơ bản về truyền nhiệt. Lớp ranh giới nhiệt dày ở bề mặt lò sưởi giữ nhiệt và nhiệt độ bề mặt lò sưởi tăng cao hơn nhiều so với nhiệt độ khối chất lỏng. Mật độ watt an toàn giảm tỷ lệ thuận với độ nhớt. Cấu hình bộ sưởi phải được thiết kế để cung cấp diện tích bề mặt cần thiết ở mật độ watt thấp và dòng chảy ở bề mặt bộ sưởi phải được duy trì để giảm độ dày lớp biên.
Vấn đề truyền nhiệt trong chất lỏng có độ nhớt cao
Trong chất lỏng có độ nhớt gấp 100 lần nước, hệ số truyền nhiệt đối lưu là 10–20% giá trị của nước. Độ chênh lệch nhiệt độ cần thiết để truyền một dòng nhiệt nhất định tương ứng cao hơn. Đối với bộ gia nhiệt hoạt động ở công suất 1,0 W/cm² trong chất lỏng có độ nhớt 100×, khoảng cách nhiệt độ bề mặt-đến-phần lớn có thể là 40–60 độ .
Nhiệt độ bề mặt cao làm tăng tốc độ xuống cấp của PTFE. Polyme mềm đi, mất ổn định kích thước và trở nên dễ thấm hơn. Máy sưởi bị hỏng từ ngoài vào trong.
| Độ nhớt chất lỏng | Liên quan đến nước | Hệ số đối lưu | Bề mặt 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 |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25–35 độ | 1,0–1,3 W/cm2 |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40–60 độ | 0,6–0,9 W/cm2 |
| 1,000× | 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 có độ nhớt cao
Cấu hình nhiều đường chuyền-
Cấu hình nhiều đường chuyền-phân phối bề mặt gia nhiệt trên một diện tích lớn hơn, giảm mật độ watt trên một đơn vị diện tích. Các đường chuyền được bố trí để tối đa hóa diện tích bề mặt trong thể tích tàu có sẵn và cho phép dòng chảy giữa chúng.
Đối với công suất 6 kW ở mức 0,7 W/cm2, diện tích bề mặt cần thiết là 8.571 cm2. Một-bộ sưởi nhiều đường có đường kính vỏ bọc 50 mm và tám đường truyền, mỗi đường 700 mm, cung cấp khoảng 8.796 cm²-đủ cho công việc. Các đường chuyền được đặt cách nhau 40–50 mm để cho phép dòng chảy giữa chúng.
| Công suất | Mật độ Watt an toàn | Diện tích bề mặt cần thiết | Vượt qua ở mức 50 mm | Độ dài vượt qua | Khoảng cách vượt qua |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0,7 W/cm2 | 4.286 cm2 | 4 | 700mm | 40mm |
| 4 kW | 0,7 W/cm2 | 5.714 cm2 | 5 | 700mm | 40mm |
| 5 kW | 0,7 W/cm2 | 7.143 cm2 | 7 | 700mm | 45 mm |
| 6 kW | 0,7 W/cm2 | 8.571 cm2 | 8 | 700mm | 45 mm |
| 8 kW | 0,7 W/cm2 | 11.429 cm2 | 10 | 700mm | 50mm |
Cấu hình nhiều{0}}đường chuyền cho các giải pháp polymer có độ nhớt cao
Tăng cường dòng chảy cho chất lỏng nhớt
Chỉ cấu hình nhiều{0}}đường chuyền là không đủ trong chất lỏng nhớt. Dòng chảy ở bề mặt gia nhiệt phải được duy trì để giảm độ dày lớp biên. Một máy dẫn điện chuyên dụng hoặc một máy bơm tuần hoàn nhỏ có thể điều khiển dòng chảy qua các đường chuyền.
Vận tốc cục bộ 0,3–0,5 m/s là đủ để giảm độ dày lớp biên và hạ nhiệt độ bề mặt xuống 15–25 độ. Dòng chảy không cần phải mạnh-nó cần hướng vào bề mặt lò sưởi.
| Phương pháp tăng cường dòng chảy | Vận tốc địa phương | Giảm ΔT bề mặt | Thực hiện |
|---|---|---|---|
| Giáo viên tại lò sưởi | 0.3–0.5 m/s | 15–25 độ | Máy bơm nhỏ hoặc khí nén |
| Vòng tuần hoàn | 0.4–0.6 m/s | 20–30 độ | Máy bơm và đường ống |
| khuấy trộn cơ học | 0.2–0.4 m/s | 10–20 độ | Máy khuấy hoặc máy khuấy |
| Ống rưới | 0.1–0.2 m/s | 8–15 độ | Khí nén |
Phương pháp tăng cường dòng chảy cho chất lỏng nhớt
Những cân nhắc về 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.
Cấu hình nhiều đường chuyền cong theo thành mạch sẽ tối đa hóa diện tích bề mặt trong không gian hình khuyên. Các đường chuyền được bố trí thành một vòng xung quanh máy khuấy, có các kênh dòng chảy ở giữa chúng.
Khi không thể sử dụng máy sưởi tiêu chuẩn
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.
Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh với nhiều đường dẫn, mật độ watt thấp và tăng cường dòng chảy được thiết kế cho các giải pháp polymer có độ nhớt cao. Quy trình đặc điểm kỹ thuật yêu cầu độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ vận hành, kích thước bình, loại và tốc độ máy khuấy, công suất yêu cầu và yêu cầu về độ đồng đều nhiệt độ.
