Kad ir zināms kodīgas procesa plūsmas dzesēšanas pienākums,-teiksim, 100 kW siltuma noņemšana-, nākamais jautājums ir par to, cik lielam jābūt PTFE siltummainim. Atbilde slēpjas pamata siltuma pārneses vienādojumā un dažos praktiskajos U-vērtības aprēķinos fluorpolimēru apmaiņai.
Siltuma projektēšanas praksē process līdzaprēķināt PTFE siltummaiņa virsmas laukumuir balstīta uz standarta siltuma pārneses attiecībām, kas pielāgotas zemākai siltumvadītspējai un vispārējai PTFE sistēmu siltuma pārneses veiktspējai.
Fundamentālais siltuma pārneses vienādojums
Nepieciešamo siltuma pārneses virsmas laukumu nosaka, izmantojot:
Q=U × A × LMTD
Kur:
Q= siltuma nodeva (W)
U= kopējais siltuma pārneses koeficients (W/m²·K)
A= siltuma pārneses virsmas laukums (m²)
LMTD= log vidējā temperatūras starpība (K)
Pārkārtošana dizaina nolūkos:
A=Q / (U × LMTD)
Katrs parametrs ir galvenais sistēmas veiktspējas aspekts, un tas ir rūpīgi jānovērtē, lai precīzi noteiktu izmēru.
Katra parametra nozīme
Siltuma noslodze (Q)
Siltuma jaudu nosaka no procesa apstākļiem, izmantojot:
Q=m × Cp × ΔT
Kur:
m=masas plūsmas ātrums
Cp=īpatnējā siltuma jauda
ΔT=temperatūras izmaiņas
Šķidruma dzesēšanas lietojumos plūsmas ātrums un temperatūras starpība nosaka kopējo enerģiju, kas ir jānoņem.
Vidējās temperatūras starpības žurnāls (LMTD)
LMTD atspoguļo efektīvo temperatūras virzošo spēku visā siltummainī. Tas izskaidro faktu, ka temperatūras atšķirības mainās visā siltummaiņa garumā.
Pretstrāvas plūsmai-:
LMTD=(ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
Kur:
ΔT₁=temperatūras starpība vienā galā
ΔT₂=temperatūras starpība otrā galā
Kopējais siltuma pārneses koeficients (U)
U-vērtība ir vissvarīgākais PTFE sistēmu konstrukcijas parametrs.
Tipiskās vērtības:
PTFE šķidruma-šķidruma apmainītāji: 200–400 W/m²·K
Metāla siltummaiņi (salīdzinājumam): 800–1500 W/m²·K
Zemākā U{0}}vērtība PTFE sistēmās galvenokārt ir saistīta ar:
Zema PTFE siltumvadītspēja (~0,25 W/m·K)
Sienu pretestība dominē kopējā siltuma pārnesē
Plūsmas režīma un ātruma ierobežojumi
Praksē U mainās atkarībā no plūsmas ātruma, viskozitātes un piesārņojuma apstākļiem. Lai gan PTFE ir zema nosliece uz piesārņojumu tā nepiedegošās virsmas dēļ, joprojām parasti tiek piemērota konservatīva piesārņojuma pielaide.
Nostrādātais piemērs: Skābes dzesēšanas pienākums
Praktisku piemēru var izmantot, lai parādītu, kā aprēķināt PTFE siltummaiņa virsmas laukumu.
Ņemot vērā:
Karsts šķidrums: 10 m³/h skābes plūsma
Ieplūdes temperatūra: 40 grādi
Izplūdes temperatūra: 30 grādi
Dzesēšanas ūdens: 20 grādu ieplūde, 25 grādu izplūde
Pieņemtais blīvums ≈ 1000 kg/m³
Īpatnējais siltums (skābuma aproksimācija): 4,0 kJ/kg·K
1. darbība. Aprēķiniet siltuma nodevu (Q)
Masas plūsmas ātrums:
10 m³/h=2.78 kg/s
Temperatūras kritums:
ΔT = 40 − 30 = 10 K
Q = 2.78 × 4000 × 10
Q ≈ 111,200 W ≈ 111 kW
2. darbība: aprēķiniet LMTD
ΔT₁ = 40 − 25 = 15 K
ΔT₂ = 30 − 20 = 10 K
LMTD:
= (15–10) / ln (15/10)
= 5 / ln(1,5)
≈ 12.3 K
3. darbība. Aprēķiniet apgabalu (A)
Pieņemsim konservatīvu PTFE U{0}}vērtību:
U = 300 W/m²·K
A=Q / (U × LMTD)
A = 111,200 / (300 × 12.3)
A ≈ 30.1 m²
Rezultātu interpretācija
Aprēķinātais virsmas laukums ir aptuveni30 m²atspoguļo teorētisko prasību pieņemtajos apstākļos. Praktiskajā dizainā parasti tiek izmantotas papildu rezerves, lai ņemtu vērā:
Piesārņojuma mainīgums
Plūsmas nepareizs sadalījums
Sezonas dzesēšanas ūdens temperatūras izmaiņas
Procesa traucējumi vai maksimālās slodzes
Aptuvenu aprēķinu var veikt, izmantojot vidējas -diapazona U-vērtības (200–400 W/m²·K), taču galīgie izmēri vienmēr tiek precizēti, izmantojot ražotāja-specifiskos veiktspējas datus.
Galvenie dizaina apsvērumi
Ir svarīgi atzīmēt, ka PTFE apmaiņas veiktspēju spēcīgi ietekmē:
Plūsmas ātrums abās pusēs
Cauruļu saišķa ģeometrija
Temperatūras pieejas ierobežojumi
Piesārņojuma apstākļi konkrētajā ķīmiskajā dienestā
Lai gan PTFE piedāvā izcilu izturību pret koroziju, tā siltumvadītspēja joprojām ir ierobežojošais faktors siltummaiņa kompaktumam.
Secinājums
PTFE siltummaiņa virsmas laukuma noteikšana ir vienkārša, ja siltuma pārneses vienādojumu apvieno ar reālām U- vērtībām fluorpolimēru sistēmām. PiesakotiesQ=U × A × LMTD, uzticamu pirmās{0}}piegādes izmēru var panākt lielākajai daļai šķidruma-dzesēšanas funkciju.
Lai nodrošinātu stabilu ilgtermiņa veiktspēju, lai nodrošinātu galīgo projekta precizitāti, ir nepieciešami ražotāja dati, apstiprinātas U{0}}vērtības un atbilstošas drošības rezerves. PTFE sistēmās konservatīva inženiertehniskā prakse joprojām ir būtiska, jo siltumvadītspēja ir zemāka nekā metāliskām alternatīvām.
