Как да проектирам PTFE топлообменник за много нисък страничен поток-на тръбата?

При определени операции се подава само малък поток от корозивна течност, изискваща нагряване или охлаждане. В типичен PTFE топлообменник този нисък поток води до ниска скорост на страничната тръба, ламинарен поток и слаб трансфер на топлина. Струйката трябва да бъде специално изградена, за да се справи с това." Основната грижа при дизайна на PTFE топлообменника с нисък страничен поток на тръбата е не само топлинното натоварване, но също така и да има достатъчна скорост за поддържане на добри топлинни характеристики.

Основният проблем: Ламинарен поток с ниска производителност
При условия на ламинарен поток преносът на топлина вътре в тръбите става неефективен. В този режим течността се движи в ламинарни, стратифицирани потоци с малко вътрешно смесване. Топлината трябва да тече най-вече чрез проводимост през тези слоеве, което е бавно и неефективно.

Основната цел на дизайна е да насочи потока към преходно или турбулентно поведение. Това обикновено изисква да се поддържа минимална скорост, често над около 1 m/s в зависимост от параметрите на течността. Тази скорост е трудно постижима при нисък общ поток, освен ако площта на потока не е изкуствено ограничена.

Поради тази причина геометрията-на страната на тръбата е основният лост за проектиране.

Увеличаване на скоростта чрез намаляване на площта на потока
Директно решение на тръби с по-малък диаметър
Един от най-добрите начини да направите това е да намалите вътрешния диаметър на тръбата. За даден обемен дебит, намаляването на площта на потока директно увеличава скоростта. Ефективната скорост се удвоява, когато площта на потока се намали наполовина.

В търговската мрежа се предлагат стандартни PTFE тръби с вътрешни диаметри 4, 6, 8 и 10 mm. За много ниски скорости на потока, изборът на по-малък диаметър (например 4 mm вместо 8 mm) може значително да подобри топлинната ефективност чрез повишаване на скоростта на тръбата.

Тази техника директно помага при проектирането на PTFE топлообменници с нисък тръбен страничен поток, когато хидравличните ограничения управляват производителността.

Но малките тръбички идват със собствените си проблеми. По-трудна изработка. Загубата на налягане се увеличава драстично. Рискът от замърсяване или запушване се увеличава, особено при течности, съдържащи частици или утайки.

Много{0}}конфигурация за ускоряване
Принуждаване на потока през по-малко активни тръби
Алтернативен или допълващ подход са много{0}}тръбни-странични настройки. В 2- или 4-ходов топлообменник, целият поток се насочва през подгрупи на тръбния сноп прогресивно, вместо да се разпространява във всички тръби едновременно.

Това ефективно минимизира зоната на активния поток при всяко преминаване и увеличава скоростта във всеки сегмент. Целият капацитет на топлообменника остава непроменен, но топлинните характеристики се подобряват чрез подобряване на концентрацията на вътрешния поток.

При много{0}}настройка често се използват разделени колектори за пренасочване на потока при всяко преминаване, така че течността да тече през по-ограничен канал, преди да излезе от топлообменника.

Ниски-отстъпки при дизайна на потока-
Скорост, спад на налягането и риск от замърсяване{0}}
Всеки подход към дизайна има свои собствени компромиси, които трябва да бъдат правилно претеглени.

Тръбите с по-малък диаметър увеличават спада на налягането и е по-вероятно да се запушат или да се запушат. Това е особено вярно за PTFE системи, работещи с химически сурови течности или течности,-натоварени с частици.

Много{0}}системите повишават хидравличното съпротивление в колекторите и могат също така да намалят топлинната ефективност при специфични температурни условия. Повишената сложност в разпределението на потока може също да доведе до неравномерно натоварване на тръбата, ако не е адекватно балансирано.

Един важен показател, който трябва да вземете предвид, е числото на Рейнолдс. Числото на Рейнолдс осигурява практическо ръководство за това дали потокът все още е ламинарен или се движи към по-ефективни режими на смесване.

Практическо ръководство за проектиране на условия на нисък поток
На практика обикновено се използват прости прагове за избор на дизайн при много ниски скорости на поток-от страната на тръбата. За дебит < около 500 L/h обикновено се взема предвид:

По-малък диаметър на тръбата, така че да се фокусира потока и да се увеличи скоростта

Много{0}}настройки за намаляване на ефективната площ на потока на преминаване

Смесени техники, включващи и двете тактики за балансирано представяне

Окончателният избор зависи от допустимия спад на налягането, риска от замърсяване и производствените ограничения, свързани с PTFE тръбни системи.

Заключения: Скоростта, управляващата проектна променлива