Oppgjørsproblemet
Prosesstanker som inneholder suspenderte faste stoffer-mineralbehandlingsslam, avløpsvann med utfelte metaller, elektropletteringsbad med anodeslam-avleirer kontinuerlig partikler på nedsenkede overflater. PTFE-varmeveksleren, med sin lave overflateenergi, motstår vedheft bedre enn metaller, men selv PTFE kan ikke avgi partikler som legger seg under tyngdekraften når væskehastigheten er for lav til å holde dem i suspensjon.
Når et lag med faste stoffer dekker røroverflaten, fungerer det som isolasjon. Varmeoverføringskoeffisienten synker. Kontrollsystemet øker damptrykket for å kompensere, øker rørveggens temperatur og baker avsetningen til en hard skala. Skalaen må fjernes mekanisk eller kjemisk, noe som krever vedlikeholdsinngrep.
Minste strømningshastighet for å hindre partikkelsetning avhenger av partikkelstørrelsen, tettheten og formen, og av rørbuntens geometri. For en gitt prosess holder å opprettholde væskehastigheten over denne terskelen partikler i suspensjon og røroverflatene rene.
Den kritiske hastighetsberegningen
Den kritiske hastigheten for partikkelsuspensjon er væskehastigheten der de oppadgående turbulente kreftene på en partikkel balanserer gravitasjonsavsetningskraften. For en sfærisk partikkel er den endelige sedimenteringshastigheten i stillestående væske gitt av Stokes' lov (for små partikler, Re < 1): v_t=(ρ_p - ρ_f) × g × d² / (18 × μ), der ρ_p er partikkeltetthet, ρ_f er partikkeldensitet, ρ_f er partikkelens tyngdekraft, og d er partikkelens tyngdekraft. viskositet.
Væskehastigheten som kreves for å holde partikkelen i suspensjon er typisk 5-10 ganger den endelige sedimenteringshastigheten, avhengig av turbulensintensiteten. For en rørbunt er hastigheten av interesse kryss-strømningshastigheten mellom rørene - hastigheten til væsken når den passerer gjennom hullene mellom tilstøtende rør.
| Partikkeltype | Diameter (μm) | Tetthet (kg/m³) | Terminalinnstillingshastighet (mm/s) | Minimum kryss-strømningshastighet (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| Fin silt | 10 | 2,500 | 0.08 | 0.05-0.10 |
| Metallhydroksidflokk | 50 | 1,500 | 0.7 | 0.10-0.20 |
| Sand | 100 | 2,600 | 8.7 | 0.20-0.40 |
| Grov sand | 500 | 2,600 | 217 | Ikke praktisk å suspendere; krever mekanisk fjerning |
PTFE Surface Advantage
PTFEs lave overflateenergi (18-20 mN/m) gir en sikkerhetsmargin under den teoretiske kritiske hastigheten. Partikler som kommer i kontakt med en PTFE-overflate har mindre sannsynlighet for å feste seg enn partikler som kommer i kontakt med en metalloksidoverflate med høy-energi. Adhesjonskreftene-van der Waals, elektrostatiske-er svakere. En partikkel som legger seg på PTFE under forhold med lav-hastighet kan bli trukket inn igjen når hastigheten øker, mens den samme partikkelen på en metalloverflate kan forbli festet.
Denne effekten betyr at PTFE varmevekslere kan operere ved hastigheter 10-20 % under den teoretiske kritiske hastigheten for metaller uten å oppleve tilsvarende begroing. Marginen bør ikke stoles på som den eneste begroingsforebyggende strategien, men den gir en ekstra grad av beskyttelse i perioder med lav flyt.
Implikasjonen av agitasjonsdesign
For tanker der den naturlige konveksjonen fra de oppvarmede rørene ikke gir tilstrekkelig kryss-strømhastighet, må mekanisk omrøring eller pumpesirkulasjon brukes. Omrøringsdesignet skal gi den nødvendige minimumshastigheten på alle punkter i rørbunten, ikke bare et gjennomsnitt. Døde soner-hjørner, midten av store rørarrayer, områder som er skjermet av støtteplater-må identifiseres ved strømningsmodellering eller fargetesting og adresseres ved å flytte omrøringsdyser eller legge til strømningsstyrende ledeplater.
PTFE varmevekslere kan konfigureres til å fungere med omrøringsstrømningsmønsteret, med røravstand og ledeplater designet for å fordele strømningen jevnt over bunten.
Sammendrag
Minste kryss-strømningshastighet for å hindre at partikler setter seg på en PTFE-varmeveksler varierer fra 0,05 m/s for fin silt til 0,4 m/s for sand. PTFEs lave overflateenergi gir en 10-20 % margin under den teoretiske kritiske hastigheten ved å redusere partikkelvedheft. Omrøringsdesign må sikre at minimumshastigheten oppnås gjennom hele rørbunten, ikke bare i gjennomsnitt. Strømningsmodellering eller fargetesting identifiserer døde soner som krever oppmerksomhet.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerrøring og strømningsdesign er tilgjengelig ved innsending av partikkelstørrelsesfordeling, tetthet, væskeegenskaper og rørbuntgeometri.
