Jak vybrat správný průměr ohřívače PFA pro danou rozteč přepážky nádrže, aby byla zachována minimální obtoková rychlost průtoku?

Nádrže s přepážkou se používají pro míchání, chemické reakce a přenos tepla a prostor mezi přepážkou a stěnou nádrže poskytuje obtokový kanál. Aby se zajistil přenos tepla a zabránilo se lokálnímu přehřátí, musí být rychlost proudění dostatečně vysoká za ohřívačem, pokud je v tomto kanálu instalován ohřívač PFA. Pro vodu by ohřívače PFA měly mít minimální obtokovou rychlost 0,3-0,5 m/s, aby se povrchová teplota PFA udržela v rozmezí 10 stupňů objemové kapaliny při normálních hustotách wattů (3–5 W/cm2). Pro určitou rozteč přepážek (vzdálenost mezi okrajem přepážky a stěnou nádrže) musí být průměr ohřívače zvolen tak, aby plocha průřezu obtokového kanálu kolem ohřívače byla dostatečně velká pro udržení rychlosti. Pravidlo: vnější průměr ohřívače by měl být menší nebo rovný 50 % šířky mezery přepážky. Maximální vnější průměr ohřívače je 50 mm pro 100 mm mezeru mezi přepážkami. Maximální vnější průměr ohřívače pro rozteč 50 mm je 25 mm. Průtok je omezován většími ohřívači, což snižuje rychlost a způsobuje přehřívání.

Výpočet obtokové rychlosti proudění
Rychlost v mezeře přepážky je v=Q / A, kde Q je objemový průtok z míchadla nebo recirkulačního čerpadla a A je plocha průřezu mezery, kterou nezabírá výměník tepla. W=celková šířka mezery, D=vnější průměr ohřívače, H=výška nádrže (předpokládá se, že je zcela ponořená). Volná plocha je A _free=(Š - D) × V . Když se D blíží W, A_free se blíží 0 a rychlost se dramaticky sníží. Pro v Větší nebo rovno 0,3 m/s, A_free musí být Větší než nebo rovno Q / 0,3. Pro typickou nádrž s míchadlem dodávající Q=0.05 m3/s (3 m3/min), H=2 m, potřebné A volné=0.05 / 0.3=0.167 m2. Potom (Š - D) x 2=0.167. Odtud Š - D=0.0835 m=83.5 mm. Pokud W=150 mm, max. D=150 - 83.5=66.5 mm. 65 mm ohřívače by bylo v pořádku. Pokud W=100 mm, maximálně D=100-83.5=16.5 mm-velmi skromné ​​topení. Za těchto okolností není možné umístit ohřívač do štěrbiny přepážky, musí se posunout.

V případě nádrží s přirozenou konvekcí (bez čerpadla, bez míchadla) je rychlost proudění generována vztlakem. Maximální nárůst rychlosti podél ohřívače je přibližně v=√(2 × g × × ΔT × L), kde g=9.81 m/s2 je koeficient tepelné roztažnosti (0,0004/ stupeň pro vodu), ΔT je teplotní rozdíl mezi povrchem ohřívače a objemem (10 stupňů) a L je délka ohřívače (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s- minimálně. Pokud tuto rychlost jakýmkoli způsobem snížíte, vystavujete se riziku přehřátí. Pro přirozenou konvekci by měl být průměr ohřívače menší nebo roven 30 % šířky mezery přepážky, aby nedošlo k zadušení.

Průměr ohřívače versus. Tabulka výběru mezery mezi přepážkami
Baffle Gap Width (mm) Flow Type Minimum Required v (m/s) Max Heater OD (mm) for v >= minDoporučený vnější průměr ohřívače (mm) Poznámky
50 Nucené (čerpadlo, míchadlo) 0.3 25 20–25 Těsné, ale proveditelné 50 Přirozená konvekce 0.25 15 12–16 Velmi malý ohřívač
75 Vynucené 0.3 40 32–38 Dobré 75 Přirozené 0.25 22 20-25 Přijatelné 100 Vynucené 0.3 58 50 Standardní 100 Přirozené 0.25 30 25 OK 125 Vynucené 0.3 83 75 velké topení možné 150 Vynucené 0.3 108 100 Typické pro velké nádrže
200 Forced 0.3 158 150 Lze použít pro více ohřívačů
Účinky nadměrného ohřívače v prostoru přepážky
Pokud je průměr ohřívače příliš velký pro mezeru přepážky (D > 0,6 × W pro nucené proudění, D > 0,3 × W pro přirozenou konvekci), vznikají tři problémy:

Stagnace průtoku: Rychlost klesá pod 0,2 m/s. Koeficient prostupu tepla h se sníží z 500 – 1 000 W/m 2 K na 100 – 300 W/m 2 K. Při konstantní wattové hustotě se povrchová teplota PFA zvýší o 20-50 stupňů .

Lokalizované přehřátí: Nejteplejší bod je za ohřívačem (ve směru proudění) Teplotní rozdíl před a po proudu může dosahovat až 20–30 stupňů, což vede k nerovnoměrnému tepelnému namáhání.

2.2 Zrychlené usazování vodního kamene Nízká rychlost umožňuje částicím a bublinám ulpívat na ohřívači, což má za následek tvorbu vodního kamene a biofilmu. Ještě větší přenos tepla se ztrácí na stupnici, čímž vzniká kladná zpětná vazba.

Terénní kontrola obrovského ohřívače v mezeře přepážky ukazuje určitý vzor; zažloutlé nebo hnědé PFA na straně po proudu, s bílými usazeninami. Strana proti proudu může vypadat normálně. Pokud vidíte tento vzor, ​​váš ohřívač je pro mezeru příliš velký.

Možnosti instalace, když je mezera příliš malá
Pokud je potřebný průměr ohřívače větší než maximální povolený v mezeře přepážky, jsou navržena následující řešení:

Přemístění ohřívače: Umístěte ohřívač do středu nádrže (daleko od přepážek) nebo do recirkulační smyčky. Rychlost proudění ve středové montáži je často větší než v mezerách přepážek.

Použijte mnoho menších ohřívačů Použijte dva 25mm ohřívače, spíše než jeden 50mm ohřívač. Každý menší ohřívač má snížené omezení průtoku, ale celková plocha (a výkon) může být stejná.

zvětšete mezeru přepážky Pokud to konstrukce nádrže umožňuje, zvyšte W posunutím přepážek nebo zmenšením hran přepážek. Zvětšením vzdálenosti o 25 mm lze přidat 50 mm ohřívač tam, kde se předtím vešlo pouze 32 mm.

Přidejte urychlovač proudění: Eduktor nebo tryska v mezeře přepážky zvyšují místní rychlost. Tryska využívá určitou energii čerpadla, ale obnovuje přenos tepla.

Příklad pole:
Směšovací nádrž 5 000 l s mezerou přepážky 80 mm. Závod postavil 63 mm ohřívač PFA (79% mezera). Naměřená rychlost proudění=0.12 m/s. Ohřívač byl zvětšen-do 3 měsíců. Povrchová teplota PFA byla 115 stupňů v 70 stupňové vodě (45 stupňů nárůst). Zařízení nahradilo dva ohřívače 25 mm (stejný celkový výkon) na každé straně ozvučnice. Rychlost kolem každého ohřívače byla 0,35 m/s. Usazování vodního kamene bylo sníženo a povrchová teplota snížena na 85 stupňů a životnost ohřívače se zvýšila ze 6 měsíců na 5 let. Dva ohřívače stojí více (2x500=500=1 000) než jeden 63mm ohřívač (800 USD), ale delší životnost a méně prostojů se vyplatily za 18 měsíců.

Závěr: Vnější průměr ohřívače menší nebo roven 0,5 * Mezera přepážky pro nucený průtok
U ohřívače PFA v mezeře přepážky by měl být průměr ohřívače zvolen tak, aby OD byl menší nebo rovný 0,5 šířky mezery přepážky (W) pro nucený průtok (pumpovaný nebo míchaný) a OD menší nebo rovný 0,3 W pro přirozenou konvekci. To poskytuje dostatečnou volnou plochu pro udržení minimální obtokové rychlosti proudění 0,3 m/s (nucený) nebo 0,25 m/s (přirozený). Předimenzované ohřívače tlumí průtok, což vede ke špatné rychlosti, vysoké povrchové teplotě, zvýšenému usazování vodního kamene a brzkému selhání. Změřte mezeru, určete maximální přípustný vnější průměr a vhodně zvolte. Pokud je požadovaný vnější průměr mimo limit, přemístěte ohřívač nebo použijte několik malých ohřívačů. Prostor přepážky je pro proudění, ne pro strkání největšího ohřívače. respektujte rozteče, dimenzujte ohřívač, dodržujte průtok. Dopřejte svému ohřívači léta služby a děkujeme.