Odluka o rasporedu redova
PTFE snop izmjenjivača topline sastoji se od više redova cijevi. Raspored ovih redova-bez obzira na to jesu li cijevi u jednom redu neposredno iza onih u prethodnom redu (u liniji) ili su pomaknute za pola razmaka između cijevi (namaknuto)-utječe i na prijenos topline i na pad tlaka.
Rasporedni redovi povećavaju turbulenciju. Tekućina koja teče kroz snop nailazi na cijevi izravno na svom putu umjesto da prolazi kroz raspoređene raspore. Ova turbulencija povećava koeficijent prijenosa topline-na strani ljuske. Ali također povećava pad tlaka na snopu. Energija pumpanja raste.
Umetnuti redovi omogućuju prolazak tekućine kroz poravnate kanale s manje smetnji. Prolaz topline je manji, ali i pad tlaka. Optimalni uzorak ovisi o tome hoće li proces imati više koristi od poboljšanog prijenosa topline ili od smanjenih troškova pumpanja.
Za PTFE izmjenjivače topline, niska toplinska vodljivost stijenke cijevi čini vanjsko poboljšanje prijenosa topline posebno vrijednim. Otpor stijenke cijevi je već visok; svako poboljšanje vanjskog koeficijenta izravno poboljšava ukupnu U-vrijednost.
Razlika u prijenosu topline
U poprečnom protoku preko snopova cijevi, Nusseltov broj-bezdimenzionalni koeficijent prijenosa topline-ovisi o Reynoldsovom broju, Prandtlovom broju i rasporedu cijevi. Za dati Reynoldsov broj, raspoređeni rasporedi daju 15-25% veće Nusseltove brojeve od inline rasporeda.
Mehanizam je odvajanje vrtloga. U raspoređenom rasporedu, svaka cijev odbacuje vrtloge koji udaraju u nizvodne cijevi, ometajući granični sloj i pojačavajući miješanje. U inline rasporedu, nizvodne cijevi nalaze se iza uzvodnih cijevi. Tekućina za buđenje je sporija i već je zagrijana, smanjujući efektivnu temperaturnu razliku.
Prednost prijenosa topline raspoređenog rasporeda najizraženija je pri umjerenim Reynoldsovim brojevima (500-5000), što je tipičan raspon za protok na strani ljuske u PTFE izmjenjivačima topline koji služe kupkama za nanošenje i dekapiranje.
Tablica 1: Usporedba performansi inline u odnosu na raspoređene uzorke cijevi (10 mm OD PTFE cijevi, 25 mm središnji razmak)
| Parametar | Inline (kvadratni) uzorak | Raspoređeni (trokutasti) uzorak | Razlika |
|---|---|---|---|
| Relativni Nusseltov broj (Re=2,000) | 1.0 (osnovna linija) | 1.18 | +18% |
| Relativni koeficijent prolaza topline | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Faktor trenja (po redu cijevi) | 1.0 (osnovna linija) | 1.35 | +35% |
| Relativni pad tlaka (isti protok) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Cijevi po jedinici volumena | 1.0 (osnovna linija) | 1.15 (gušće pakiranje) | +15% više cijevi |
| Sveukupno poboljšanje U{0}}vrijednosti (s PTFE stijenkom) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| Povećanje snage pumpanja | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Preporučena primjena | Nizak otpor protoka kritičan | Prijenos topline kritičan | Većina primjena PTFE-a preferira raspoređene |
Omjer nagiba-i-promjera
Razmak-od-centra cijevi u odnosu na njihov promjer-odnos-na-promjer-utječe na oba uzorka. Manji razmak povećava turbulenciju i prijenos topline, ali također povećava pad tlaka i smanjuje pristup za čišćenje.
Za PTFE cijevi u stepenastom rasporedu, omjer koraka-i-promjera od 2,0-2,5 pruža najbolju ravnotežu poboljšanja prijenosa topline i razumnog pada tlaka. Omjeri ispod 1,8 stvaraju tako čvrsto pakiranje da je protok na strani ljuske pretjerano ograničen. Omjeri iznad 3,0 gube prednost turbulencije raspoređenog uzorka.
Za inline rasporede, standardan je omjer koraka-i-promjera od 2,0. Poravnani kanali protoka manje su osjetljivi na razmak nego raspoređeni uzorak.
PTFE-posebno razmatranje
PTFE cijevi su fleksibilne. U raspoređenim rasporedima, cijevi moraju održavati svoj točan razmak kako bi se postiglo predviđeno povećanje prijenosa topline. Ako cijevi klonu ili se pomaknu, raspored tetura se pogoršava, a prijenos topline pada prema unutarnjoj vrijednosti.
Potporne ploče u intervalima koji ne prelaze ograničenja razmaka nosača cijevi neophodne su za održavanje predviđenog rasporeda. Rupe na potpornoj ploči moraju se izbušiti prema rasporedu i održavati položaj cijevi tijekom cijelog radnog vijeka.
Sažetak
Raspoređeni uzorci nizova cijevi u PTFE snopovima izmjenjivača topline povećavaju koeficijent prijenosa topline za 15-25% u usporedbi s inline uzorcima, po cijenu 30-40% većeg pada tlaka na strani ljuske. Za većinu PTFE primjena, gdje je otpor stijenke cijevi značajan, dobitak prijenosa topline opravdava kaznu pada tlaka.
Omjer koraka-i-promjera od 2,0-2,5 u raspoređenom rasporedu optimizira ravnotežu. Adekvatan razmak potpornih ploča održava raspored raspoređenih tijekom cijelog vijeka trajanja opreme.
Inženjerske preporuke za optimizaciju rasporeda snopa PTFE cijevi dostupne su nakon podnošenja brzine protoka-na strani omotača, dopuštenog pada tlaka, svojstava tekućine i zahtjeva za prijenos topline.
