LMTD koji definira dužnost hlađenja
Linija za tvrdu anodizaciju tipa III koja radi na 2 stupnja zahtijeva izmjenjivač topline za uklanjanje 50 kW reakcijske topline. Dovod ohlađene vode je na -2 stupnja, a povrat je na 2 stupnja. Procesna tekućina ulazi u izmjenjivač topline na 4 stupnja, a izlazi na 2 stupnja.
Za protu{0}}uređaj protoka, temperaturne razlike na dva kraja su: vrući kraj (procesni ulaz 4 stupnja − izlaz ohlađene vode 2 stupnja)=2 stupanj, i hladni kraj (procesni izlaz 2 stupnja − ulaz ohlađene vode −2 stupnja)=4 stupanj. LMTD se izračunava iz ove dvije vrijednosti i iznosi približno 2,9 stupnjeva.
LMTD od 2,9 stupnjeva je vrlo mali. Za izmjenjivač topline s ukupnim koeficijentom od 200 W/m²·K i toplinskim opterećenjem od 50 kW, potrebna površina je 86 m². Ovo je vrlo velik izmjenjivač topline, a kapitalni trošak je znatan.
Mali LMTD je definirajuće ograničenje hlađenja tvrdom anodizacijom. Izmjenjivač topline mora biti dovoljno velik za prijenos topline preko male temperaturne razlike, a zahtjev za površinom uzrokuje kapitalne troškove i otisak.
Zašto je LMTD mali u usluzi anodizacije
LMTD je mali u usluzi anodizacije iz tri razloga.
Prvo, temperatura procesa je niska. Tvrda anodizacija tipa III radi na 0-5 stupnjeva, a sumporna anodizacija tipa II radi na 20-22 stupnja. Niska temperatura procesa ograničava temperaturnu razliku između procesa i ohlađene vode.
Drugo, temperatura dovoda ohlađene vode ograničena je rashladnim sustavom. Tipična opskrba ohlađenom vodom je na 5-7 stupnjeva za eloksiranje tipa II i na -5 do 0 stupnjeva za tvrdo eloksiranje tipa III. Temperatura polaznog voda ne može se neograničeno smanjivati jer se smanjuje učinkovitost rashladnog sustava i povećava opasnost od smrzavanja.
Treće, tolerancija temperature procesa je uska. Brzina reakcije anodizacije i svojstva premaza ovise o temperaturi, a tolerancija je obično ±1 stupanj. Uska tolerancija ograničava porast temperature procesne tekućine preko izmjenjivača topline, što smanjuje LMTD.
LMTD u anodizaciji sumpornom kiselinom tipa II
Anodizacija sumpornom kiselinom tipa II radi na 20–22 stupnja s tolerancijom od ±1 stupanj. Dovod ohlađene vode je obično na 10-12 stupnjeva, a povrat je na 15-17 stupnjeva. Procesna tekućina ulazi u izmjenjivač topline na 22 stupnja, a izlazi na 20 stupnjeva.
Za sustav protu{0}}protoka, temperaturne razlike na dva kraja su: vrući kraj (procesni ulaz 22 stupnja − izlaz ohlađene vode 17 stupnjeva)=5 stupnjeva i hladni kraj (procesni izlaz 20 stupnjeva − ulaz ohlađene vode 10 stupnjeva)=10 stupnjeva. LMTD je približno 7,2 stupnja.
LMTD od 7,2 stupnja veći je od tvrdog anodiziranog kućišta, ali još uvijek mali u usporedbi s tipičnim aplikacijama izmjenjivača topline. Za izmjenjivač topline s ukupnim koeficijentom od 200 W/m²·K i toplinskim opterećenjem od 50 kW, potrebna površina je 35 m².
LMTD u tvrdoj anodizaciji tipa III
Tvrda anodizacija tipa III radi na 0–5 stupnjeva s tolerancijom od ±0,5 stupnjeva. Dovod ohlađene vode je obično na -5 do 0 stupnjeva, a povrat je na 0-3 stupnja. Procesna tekućina ulazi u izmjenjivač topline na 4 stupnja, a izlazi na 2 stupnja.
Za protu{0}}uređaj protoka, temperaturne razlike na dva kraja su: vrući kraj (procesni ulaz 4 stupnja − izlaz ohlađene vode 3 stupnja)=1 stupanj, i hladni kraj (procesni izlaz 2 stupnja − ulaz ohlađene vode −5 stupnjeva)=7 stupanj. LMTD je približno 3,2 stupnja.
LMTD od 3,2 stupnja je vrlo mali. Za izmjenjivač topline s ukupnim koeficijentom od 200 W/m²·K i toplinskim opterećenjem od 50 kW, potrebna površina je 78 m².
Učinak rasporeda protoka na LMTD
Raspored protoka utječe na LMTD. Protu-uređaj osigurava najveći LMTD za dani skup ulaznih i izlaznih temperatura. Usporedni-protok osigurava najmanji LMTD. Raspored križnog -toka osigurava srednji LMTD.
Za uslugu eloksiranja poželjan je protu{0}}uređaj jer maksimizira LMTD i smanjuje potrebnu površinu. Protu-uređaj protutoka posebno je važan u uslugama tvrde anodizacije, gdje je LMTD vrlo mali, a zahtjevi za površinom visoki.
Usporedba LMTD vrijednosti za različite uvjete anodizacije
Sljedeća tablica sažima LMTD i potrebnu površinu za različite uvjete anodizacije s toplinskim opterećenjem od 50 kW i ukupnim koeficijentom od 200 W/m²·K.
| Vrsta eloksiranja | Procesna temperatura | Opskrba ohlađenom vodom | Povratak ohlađene vode | Proces ΔT | LMTD | Potrebna površina |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tip II, malo opterećenje | 22 stupnja | 12 stupnjeva | 16 stupnjeva | 1 stupanj | 8,5 stupnjeva | 29 m² |
| Tip II, umjereno opterećenje | 22 stupnja | 10 stupnjeva | 15 stupnjeva | 2 stupanj | 7,2 stupnja | 35 m² |
| Tip II, visoko opterećenje | 22 stupnja | 8 stupnjeva | 14 stupnjeva | 3 stupanj | 6,1 stupanj | 41 m² |
| Tip III, malo opterećenje | 4 stupanj | 0 stupnjeva | 2 stupanj | 1 stupanj | 3,5 stupnjeva | 71 m² |
| Tip III, umjereno opterećenje | 4 stupanj | −2 stupnja | 2 stupanj | 2 stupanj | 2,9 stupnjeva | 86 m² |
| Tip III, visoko opterećenje | 4 stupanj | −5 stupnjeva | 2 stupanj | 3 stupanj | 2,4 stupnja | 104 m² |
| Tip III, vrlo veliko opterećenje | 4 stupanj | −8 stupnjeva | 2 stupanj | 4 stupanj | 2,0 stupnja | 125 m² |
Zahtjevane vrijednosti površine pretpostavljaju protu{0}}uređenje i ukupni koeficijent prijenosa topline od 200 W/m²·K. Stvarna površina ovisit će o materijalu cijevi, debljini stijenke i brzinama protoka.
Praktična ograničenja LMTD-a u uslugama anodizacije
Praktična ograničenja LMTD-a u usluzi anodizacije određena su kompromisom-između veličine izmjenjivača topline i troškova hlađenja. Manji LMTD zahtijeva veći izmjenjivač topline, ali omogućuje višu dovodnu temperaturu ohlađene vode, što smanjuje troškove hlađenja. Veći LMTD omogućuje manji izmjenjivač topline, ali zahtijeva nižu temperaturu dovoda ohlađene vode, što povećava troškove hlađenja.
Za eloksiranje sumpornom kiselinom tipa II, praktični raspon LMTD je 6-10 stupnjeva. Ispod 6 stupnjeva, izmjenjivač topline postaje nepraktično velik. Iznad 10 stupnjeva, temperatura dovoda ohlađene vode postaje previsoka da bi se osiguralo odgovarajuće hlađenje.
Za tvrdu anodizaciju tipa III, praktični raspon LMTD je 2–5 stupnjeva. Ispod 2 stupnja, izmjenjivač topline postaje nepraktično velik. Iznad 5 stupnjeva, temperatura dovoda ohlađene vode postaje previsoka za održavanje temperature procesa.
Značajke dizajna koje omogućuju manji LMTD
Nekoliko značajki dizajna omogućuje manji LMTD bez pretjeranog povećanja veličine izmjenjivača topline.
Materijal cijevi veće vodljivosti.Punjena PTFE smjesa s toplinskom vodljivošću od 0,5 W/m·K ima upola manju toplinsku otpornost stijenke nego izvorni PTFE, što povećava ukupni koeficijent prijenosa topline i smanjuje potrebnu površinu.
Tanji zid cijevi.Tanji zid smanjuje toplinski otpor i povećava ukupni koeficijent. Zid od 0,5 mm ima upola manji toplinski otpor od zida od 1,0 mm.
Veća brzina protoka.Veća brzina protoka povećava koeficijente filma na obje strane stijenke cijevi, što povećava ukupni koeficijent i smanjuje potrebnu površinu.
Poboljšana površina cijevi.Površina cijevi s rebrima ili utorima povećava površinu po jedinici duljine i koeficijent filma, što omogućuje manji LMTD.
Veća temperaturna razlika tijekom procesa.Dopuštanje procesnoj tekućini da poraste ili padne za veću količinu preko izmjenjivača topline povećava LMTD. Tolerancija temperature procesa ograničava dopuštenu promjenu temperature.
Konfiguracija podijeljenog izmjenjivača topline.Podjela toplinskog opterećenja između dva manja izmjenjivača topline omogućuje svakoj jedinici da radi na manjem LMTD-u bez ograničenja prostora jedne velike jedinice.
Parametri specifikacije za uslugu eloksiranja
Inženjeri opreme koji određuju PTFE izmjenjivač topline za uslugu anodizacije trebaju potvrditi sljedeće parametre kod dobavljača.
Vrsta eloksiranja.Navedite eloksiranje tipa II ili tipa III i temperaturu procesa.
Tolerancija procesne temperature.Navedite dopuštene varijacije temperature u procesnoj kupelji.
Temperatura dovoda ohlađene vode.Navedite temperaturu dovoda ohlađene vode i raspoloživi protok.
Povratna temperatura ohlađene vode.Navedite maksimalnu dopuštenu povratnu temperaturu ohlađene vode.
Toplinsko opterećenje.Navedite toplinsko opterećenje i očekivani raspon.
LMTD.Odredite LMTD na temelju procesa i temperatura ohlađene vode.
Površina.Navedite površinu potrebnu za toplinsko opterećenje i LMTD.
Materijal cijevi.Odredite materijal cijevi na temelju potrebnog ukupnog koeficijenta i temperature stijenke.
Raspored protoka.Navedite raspored protoka. Protu-protok je poželjan za maksimalni LMTD.
Usklađivanje LMTD sa zahtjevima procesa anodizacije
LMTD određuje potrebnu površinu i izvedivost hlađenja u PTFE izmjenjivaču topline za uslugu anodizacije. Manji LMTD zahtijeva veći izmjenjivač topline, ali omogućuje višu temperaturu dovoda ohlađene vode i niže troškove hlađenja. Veći LMTD omogućuje manji izmjenjivač topline, ali zahtijeva nižu temperaturu dovoda ohlađene vode i veće troškove hlađenja.
LMTD treba odabrati na temelju temperature procesa, temperature dovoda ohlađene vode, toplinskog opterećenja i ograničenja prostora. Jednostavan tablični model s izračunom prijenosa topline i podacima o troškovima pruža informacije potrebne za odabir optimalnog LMTD-a.
Za linije za eloksiranje koje procjenjuju opcije PTFE izmjenjivača topline, LMTD bi trebao biti naveden u dokumentima o nabavi i potvrđen pri puštanju u pogon. Zadana konfiguracija koju daje proizvođač može biti optimizirana za kompaktnost, a ne za energetsku učinkovitost, a rezultirajući LMTD možda neće odgovarati stvarnim zahtjevima procesa.
Inženjeri opreme i stručnjaci za nabavu koji procjenjuju specifikacije PTFE izmjenjivača topline za eloksiranje ili drugu-temperaturnu uslugu hlađenja mogu zatražiti pregled dizajna koji pokriva vrstu eloksiranja, temperaturu procesa, temperaturu dovoda ohlađene vode, toplinsko opterećenje, LMTD i površinu kako bi potvrdili da je jedinica usklađena sa stvarnim zahtjevima procesa i strukturom troškova postrojenja.
