Hvordan dimensjonere en PTFE-varmer for en tank med en sidemontert-propellomrører?

En sidemontert-propellrøreverk skaper en sterk horisontal strøm av væske, som strømmer rundt tanken som en elv. En el-varmer i PTFE nedsenket i denne flytende bevegelsen kan spre varme mye mer effektivt enn en som opererer i en stillestående tank. Men varmeren må plasseres riktig i den sirkulerende strømmen - i den raske, inngående strømmen rett før propellen trekker væsken innover.

I den tekniske vanskeligheten med å dimensjonere propellrøresystemer på PTFE-varmesiden, er røreverket mer enn en blandeanordning. Den tar en aktiv del i kjølemekanismen til varmeren. Omrøreren og varmeren er riktig integrert for å gi dramatisk forbedret termisk ytelse samtidig som PTFE-hylstertemperaturen holdes trygg.

Hvorfor omrøring påvirker størrelsen på varmeapparatet
PTFE-dykkevarmeren overfører energi til væsken ved konveksjon ved kappens overflate.

I et urørlig basseng:

Hovedformen for varmetransport er ved naturlig konveksjon

Varm væske rant sakte fra hylsteret

Den erstattes sakte med kjøligere væske

Overflatekjølingen er fortsatt begrenset

PTFE-varmere må kjøres med konservative watttettheter under disse forholdene for å forhindre at kappen overskrider den praktiske temperaturgrensen på ca. 110 grader ved nedsenking.

En propell lagt på siden påvirker dette termiske bildet betydelig.

Tvunget konveksjon forbedrer varmeoverføringen.
Propellen beveger væske aktivt over varmeoverflaten og produserer på denne måten tvungen konveksjon.

Høyere væskehastighet
Økende væskehastighet:

Grenselagene er tynnere

Varme føres bort raskere

Forbedret overflatekjøling

Redusert risiko for lokal overoppheting

Varmeoverføringskoeffisienten øker betydelig når strømmen tvinges.

Reynolds nummer for termisk ytelse
Varmeoverføringskoeffisienten for tvungen konveksjon påvirkes betydelig av Reynolds-tallet.

Reynolds-tallet vokser med:

Høyere væskehastigheter

Større karakteristiske størrelser

Væske med lavere viskositet

Økning av omrøringshastigheten øker omrøringen av væsken som omgir varmeren, og øker dermed turbulensen og blandingen og forbedrer varmeevakueringen fra PTFE-kappen.

Denne forbedrede kjøleevnen tillater økt varmebelastning uten å bryte begrensninger for sikre manteltemperatur.

Økt Watt-tetthetskapasitet
En av de største fordelene med sidemonterte-røreverk er potensialet til å forbedre varmerens watttetthet.

Økt typisk watttetthet
Tvunget agitasjon kan ofte tillate sammenlignet med naturlige konveksjonsforhold:

Tillatt watttetthet 20 % til 50 % høyere

Den nøyaktige økningen avhenger av

Egenskaper til væsker

Strømhastighet

Tanks geometri

Varmeapparat plassering

Design av agitator

Denne større tillatte belastningen kan reduseres:

Varmeapparat størrelse

Antall elementer som trengs

Installasjonsfotavtrykk

Elektrisk kompleksitet.

La nåtiden utføre oppgaven med å avkjøle sliren.

Betydningen av plasseringen av varmeapparatet ditt
Den viktigste regelen i et propellrøresystem med PTFE-oppvarmingsstørrelser er riktig plassering.

Kjølekvaliteten er forskjellig i alle deler av strømmen i tanken.

Beste posisjon: Foran propellinntaket
Hvor er det beste stedet for en varmeovn?

På veggen av tanken

Rett over rekvisittinntaket

I den sterkeste innkommende strømningsregionen

Dette området dekker generelt:

Jevn hastighet på væsken

Jevn kjøling.

Konsekvent retningsbestemt bevegelse

Maksimal konvektiv effektivitet

Den innkommende strømmen sveiper konstant kaldere væske over varmeoverflaten før den kommer inn i rørebladene.

Dette fører til svært effektiv og forutsigbar kappekjøling.

Utslippssonen: hvorfor du bør holde deg utenfor den
Propellutløpsområdet kan virke aktivt, men er vanligvis et dårlig sted å finne en varmeovn.

Utfordringer i utslippsstrømmen
Utløpssonen består vanligvis av:

Turbulente virvler og

Virvlende resirkulering

Svingninger i hastighet

Mekaniske vibrasjoner

Slike ustabile strømningsforhold kan forårsake:

Ikke-jevn kappeoppvarming

Lokale hotspots

Hydrodynamiske belastninger i oscillasjon

Vibrasjonstretthet

Gjentatte mekaniske påkjenninger på PTFE-varmere direkte i utslippsstrømmen kan føre til kortere levetid.

Strømningshastighetestimering
Væskehastigheten ved varmeapparatets posisjon må estimeres for å kunne dimensjonere varmeren riktig.

Metoder for hastighetsestimering
Omrørerens strømningshastighet kan bestemmes fra:

Diameter på propell

Rotasjonshastighet (rpm)

Stigning av propell

Tankgeometrier

Evaluering For å være mer presis kan den omfatte:

Computational fluid dynamics (CFD)

Strømningsmålesonder

Fargetesting

Ytelseskurver til produsenten

Mer nøyaktige hastighetsestimater bygger tillit til tillatte watttetthetsberegninger.

Krav til mekanisk støtte
En varmeovn under tvungen strøm utsettes for kontinuerlig hydrodynamisk belastning.

Styrking av strukturer
Bærekonstruksjonen skal være utformet for å motstå:

Konstant dragkraft.

Flytinduserte-vibrasjoner

Mekanisk stress (syklisk)

Dreiemoment-lasting

Vanlige støttetiltak inkluderer:

Forsterkede festebraketter

Kryss-avstivning

Vibrasjonsbestandige avstandsstykker

Tankside stive ankere

Langvarig vibrasjon under utilstrekkelige støtteforhold kan føre til:

Sprekker på grunn av tretthet

Løsning av montering

Elektriske feil

Skade på PTFE-kappen

Antall flytende eiendommer
Effektiviteten av tvungen konveksjon er svært avhengig av selve prosessvæsken.

Væsker med lav viskositet
Væsker som er tynne som:

Vann.

Syrer, Fortynn

Løsninger for plating

reagerer godt på omrøring og genererer betydelig konvektiv kjøling.

Høyviskositetsvæsker
Mer viskøse løsninger resulterer i:

Lave Re-tall

Mindre støt

Tykkere termiske grensesjikt

I visse systemer kan fordelen med agitasjon være redusert, og mer konservativ valg av watttetthet kan være nødvendig.

Noen andre designhensyn
Det er også noen tilleggsaspekter som må vurderes ved dimensjonering av varmeapparat.

Kavitasjonsområde unngåelse
Varmeren bør ikke plasseres i lavtrykkskavitasjonsområdene som dannes av propellen.

Holde nedsenkningsdybden
• Oppretthold riktig væskedekning under omrøring og prosessnivåjusteringer.

Temperatursensorens plassering
Kontrolltermoelementer bør plasseres i representative blandede strømningsområder og ikke i direkte kontakt med varmeren.

Praktiske fordeler med agiterte varmesystemer
Ytelsen til hele det termiske systemet kan forbedres betraktelig med riktig integrering av en sidemontert-agitator.

Fordelene inkluderer:

Raskere oppvarmingstider

jevn temperatur i tanken

Mindre varmeapparats fotavtrykk

Bedre energieffektivitet

Lavere temperatur på kappen

Lengre levetid for varmeovner

Følgelig gir kontrollert blanding med effektiv oppvarming ofte et mer stabilt prosessmiljø i tilslaget.

Abstrakt
En sidemontert-propellrøreverk kan gi en betydelig termisk fordel i PTFE-dykkevarmesystemer ved å forbedre tvungen konveksjon rundt varmekappen. Den høyere væskehastigheten øker varmeoverføringskoeffisienten og muliggjør langt høyere watttettheter enn det som ville være trygt i en naturlig konveksjonstank.

Hemmeligheten bak suksess er god plassering. Plassering av varmeren oppstrøms for røreverksinntaket betyr at kappen ligger i en sterk, konsistent innkommende strøm, som gir effektiv, jevn kjøling. I motsetning til dette kan plasseringen i den turbulente utslippsstrømmen gi problemer med vibrasjoner, ustabil kjøling og mekanisk tretthet.

Ved å gi nøyaktig strømningsestimering, robust mekanisk støtte og forsiktig integrasjon mellom blanderen og varmeren, kan systemet fungere på en mer kompakt og effektiv måte, samtidig som den opprettholder sikre PTFE-driftstemperaturer.

Varmeapparatet og røreverket skal ikke være konkurrerende komponenter om plass i god prosesstankdesign. De beste termiske systemene er de der blanding og oppvarming er tenkt som én samarbeidende enhet.