Jak fungují tepelné výměníky PTFE sprejového-typu pro chlazení s přímým kontaktem?

Postup vytváří horký korozivní plyn, který je třeba před zpracováním ochladit. Plášťové a trubkové výměníky tradičního typu by korodovaly a deskové výměníky by se mohly ucpat. Bylo by řešením rozprašovací typ řešení, kde by byl plyn rozstřikován chladicí kapalinou přes PTFE trubice? Kdy tuto speciální konfiguraci využijeme? Jak to funguje?

Podobné situace jsou typické pro chemické zpracování, zpracování emisí a systémy manipulace s plyny. Horké plyny z reaktorů, absorbérů nebo spaloven jsou často žíravé, obsahují částice nebo kondenzovatelné páry. V takových situacích nemusí být běžné výměníky tepla vhodné, protože kovové povrchy mohou rychle korodovat nebo se na teplosměnných plochách mohou usazovat nečistoty. Alternativní metodou je použití PTFE výměníků tepla typu sprej-, které poskytují chlazení, čištění a odolnost proti korozi v těchto obtížných podmínkách.

Design je na první pohled velmi odlišný od tradičních výměníků. Systémy sprejového-typu nezávisí pouze na nepřímém přenosu tepla mezi dvěma omezenými kapalinami, ale místo toho vstřikují kapalinu proudící přes řadu PTFE trubic. Uvnitř trubek cirkuluje užitková kapalina, často chladicí voda. Proud horkého plynu proudí mimo trubky přes komoru výměníku. Postřiková kapalina vytváří tenkou vrstvu na vnějších stěnách trubky. Plyn prochází tímto smáčeným médiem.

Výsledkem je hybridní způsob přenosu tepla. Přenos tepla z plynu do rozstřikované kapaliny je přímým kontaktem, přičemž další teplo je odváděno přes film kapaliny a stěnu trubice z PTFE do chladicího média proudícího uvnitř trubek. V mnoha případech se postřiková kapalina částečně odpaří, což ještě více zlepšuje účinek chlazení. Výměník tak slouží jako výměník tepla a čisticí zařízení.

Když jsou plyny horké a špinavé, může být řešením sprej na PTFE trubice. Povrchy trubek jsou neustále omývány tekutým filmem, takže na nich neulpívají částice. Tato samočisticí-činnost je zvláště užitečná pro aplikace zahrnující prašné nebo chemicky reaktivní plyny. Částice jsou smeteny cirkulující kapalinou, místo aby tvořily usazeniny, které by ohrozily schopnost přenosu tepla.

Hadičky PTFE jsou zásadní pro to, aby bylo toto nastavení vhodné pro korozivní situace. Fluoropolymerní materiály, jako je PTFE, jsou extrémně odolné vůči kyselinám, oxidantům, halogenům a dalším nepřátelským chemikáliím, které se obvykle vyskytují v proudech průmyslových plynů. Povrchy PTFE jsou stabilní i při kontaktu s žíravými plyny a kyselými rozprašovacími roztoky. Chemická inertnost umožňuje výměníku spolehlivě pracovat v situacích, které by mohly brzy poškodit kovové zařízení.

Další výhoda vyplývá z povahy přímého-kontaktního chlazení. Plyn je v přímém kontaktu s rozstřikovanou kapalinou a efektivní koeficient přenosu tepla může být podstatně vyšší než u výměníků plyn-do-plynu. Nepřímé chlazení není příliš účinné, protože proudy plynu mají obvykle slabou tepelnou vodivost a nízké koeficienty přenosu tepla. Přidáním kapalné fáze do provozu se výrazně zvýší tepelný výkon výměníku.

Sprej má i další využití – dokáže zachytit částice nebo rozpustné škodliviny z proudu plynu. Plyn procházející zvlhčeným svazkem trubek rozpouští částice a rozpustné plyny nebo je zachycován postřikovou kapalinou. Tato akce účinně přemění výměník na kombinovaný chladič a pračku. V některých instalacích systém snižuje teplotu plynu a odstraňuje nečistoty současně před následným zařízením na úpravu.

Typické aplikace jsou pro chlazení korozivních plynů z chemického průmyslu. Proudy chlorovodíku, oxidu siřičitého nebo kyselých par musí být často ochlazeny předtím, než vstoupí do praček, absorbérů nebo systémů kontroly emisí. Výměníky PTFE rozprašovacího-typu se také používají v aplikacích rychlého ochlazení, kde je třeba rychle ochladit horké páry, aby se zastavily chemické reakce nebo se zabránilo poruše.

Další takovou situací je ochlazování plynu v systémech zpracování odpadu nebo tepelné oxidace. Tyto postupy generují velmi horké plyny a obvykle vyžadují rychlé chlazení, aby bylo zajištěno následné zařízení. Použití chlazení rozprašováním s teplosměnnými plochami vyrobenými z PTFE vede k účinnému snížení teploty a odolnosti vůči korozívním-produktům.

Výkon výměníků sprejového typu je velmi závislý na konstrukci samotného sprejového systému. Trysky by měly rovnoměrně rozprostřít kapalinu po celém svazku trubek, aby se zvlhčily všechny povrchy. Pokud není povlak stejnoměrný, můžete mít v určité oblasti horká místa a teplo nebude přenášeno tak efektivně. Technici poté vyberou typy trysek a rozprašovací vzory, které zajistí rovnoměrnou tvorbu filmu po celém povrchu výměníku.

Současně je třeba počítat s ucpáním trysky. Rozprašovaná kapalina může obsahovat rozpuštěné pevné látky nebo suspendované částice. Otvory trysek musí být dostatečně velké, aby odolávaly ucpání. Materiály používané pro trysky a rozprašovací hlavice musí být také odolné vůči chemickému prostředí, které obvykle vyžaduje použití fluoropolymerů nebo jiných materiálů odolných proti korozi.

Dalším klíčovým prvkem v návrhu systému je řízení postřikové kapaliny. Obvykle se kapalina hromadí na dně výměníku a odtéká do jímky. Poté je pumpou čerpán zpět do rozprašovacích trysek. Pokud kapalina absorbuje teplo z plynu, může být nutné ji před recirkulací dále ochladit. To se obvykle provádí pomocí sekundárního výměníku tepla nebo chladicí věže.

Orientace trubky má také vliv na výkon. Vertikální uspořádání trubek je časté, protože umožňuje rozstřikované kapalině volně stékat podél povrchu trubice. Gravitace také pomáhá udržet film vyrovnaný a nedovolí, aby se hromadil nebo stagnoval. Správné rozmístění trubek umožňuje plynulé proudění výměníkem bez nežádoucího poklesu tlaku.

Všechny exponované části uvnitř plynného a kapalného prostředí musí být zvoleny z hlediska odolnosti proti korozi. Kromě trubek PTFE lze k výrobě rozstřikovacích hlav, konstrukčních podpěr a materiálů jímek použít fluoropolymery, plasty vyztužené skelnými vlákny- nebo kovy s vložkou. Cílem je, aby všechny smáčené povrchy byly kompatibilní s chemickými podmínkami procesu.

Ve srovnání s jinými konstrukcemi výměníků tepla jsou systémy PTFE typu stříkání-nevyužitým místem. Jsou zvláště vhodné pro chlazení plynů, které jsou žíravé, prašné nebo znečišťující. Obvykle se však nepoužívají pro vysokotlaké-systémy kapalin, pro které jsou tradiční výměníky plášťové-a{5}}trubky stále lépe přizpůsobeny.

Tepelné výměníky PTFE sprejového typu poskytují elegantní možnost, když proudy horkého plynu potřebují chlazení a odstranění nečistot. Tyto systémy integrují přímé-kontaktní chladiče s povrchy pro přenos tepla-odolnými proti korozi, aby vyhověly náročným procesním podmínkám, se kterými se konvenční zařízení potýkají. Jejich účinnost v konečném důsledku závisí na pečlivém inženýrství rozprašování, cirkulace kapaliny a výběru materiálů – prvků, které podtrhují potřebu zakázkového designu v náročných aplikacích na úpravu plynů.