Speciālā ķīmiskā rūpnīca darbināja reaktoru, kas darba temperatūrā apstrādāja polimēra šķīdumu ar viskozitāti aptuveni 15 000 mPa·s. Esošais PTFE iegremdējamais sildītājs neizdevās pēc četriem mēnešiem. Apvalkā bija mīksta, pūslīšu josla gar apakšējo apsildāmo sekciju, un izolācijas pretestība bija nokritusies zem 8 MΩ. Reaktors netika maisīts parastajā izpratnē,{6}}tas izmantoja lēnu lāpstiņu maisītāju, kas viegli kustināja viskozu šķidrumu, bet neradīja turbulentu plūsmu pie sildītāja apvalka.
Viskozie šķidrumi būtiski atšķiras no ūdens{0}}vannām ar savu siltuma pārnesi. Robežslānis pie sildītāja apvalka ir biezs un stabils. Dabiskā konvekcija ir vāja. Sildītāja radītais siltums nevar efektīvi izplūst, un apvalka temperatūra paaugstinās daudz virs šķidruma temperatūras.
Siltuma pārneses problēma viskozā šķidrumā
Viskozā šķidrumā konvekcijas siltuma pārneses koeficients ir zems. Šķidrumam, kura viskozitāte ir 100 reizes lielāka par ūdens viskozitāti, koeficients var būt 10–20% no ūdens vērtības. Temperatūras starpība, kas nepieciešama noteiktas siltuma plūsmas pārnešanai, ir attiecīgi lielāka.
PTFE iegremdējamam sildītājam, kas viskozā šķidrumā darbojas ar 1,0 W/cm², apvalka -līdz -temperatūras starpība var būt 40–60 grādi. Vannā uz ūdens bāzes ar tādu pašu vatu blīvumu atstarpe ir 12–18 grādi. Lielāka atstarpe nozīmē, ka apvalks darbojas daudz augstākā temperatūrā ar tādu pašu tilpuma temperatūru.
| Šķidruma viskozitāte | Saistībā ar ūdeni | Konvekcijas koeficients | Apvalka ΔT pie 1,0 W/cm² | Drošs vatu blīvums |
|---|---|---|---|---|
| Ūdens | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 grādi | 1,5–2,0 W/cm² |
| Viegla eļļa | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 grādi | 1,0–1,3 W/cm² |
| Polimēru šķīdums | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 grādi | 0,6–0,9 W/cm² |
| Smags polimērs | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 grādi | 0,4–0,6 W/cm² |
Siltuma pārnese un drošs vatu blīvums viskoziem šķidrumiem
Sildītāja pārveidošana viskozai apkopei
Sildītājs ir jāpārveido, lai tas droši darbotos viskozā šķidrumā. Modifikācijas attiecas uz trim faktoriem, kas nosaka apvalka temperatūru: vatu blīvumu, virsmas laukumu un plūsmu.
Vatu blīvums jāsamazina līdz šķidruma viskozitātes drošajam diapazonam. Polimēra šķīdumam, kura viskozitāte ir 100 reizes lielāka par ūdens viskozitāti, drošais vatu blīvums ir 0,6–0,9 W/cm². Tas prasa lielāku virsmas laukumu tai pašai jaudai.
Lielāks virsmas laukums tiek sasniegts, izmantojot vairāku{0}}pāreju vai paplašinātu konfigurāciju. Sildītājs, kas būtu kompakts kūlis ūdenī, kļūst par garu, sadalītu elementu viskozā šķidrumā.
Ir jāuzlabo plūsma pie apvalka. Lēnās lāpstiņas maisītājs nerada plūsmu uz sildītāja virsmas. Īpašs izvadītājs vai neliels recirkulācijas sūknis var virzīt plūsmu pāri apvalkam, samazinot robežslāņa biezumu un pazeminot apvalka temperatūru.
| Modifikācija | Ietekme uz apvalka temperatūru | Īstenošana |
|---|---|---|
| Samaziniet vatu blīvumu līdz 0,7 W/cm² | 15-25 grādus zemāk | Vairāk virsmas |
| Palieliniet virsmas laukumu 2x | 10-15 grādus zemāk | Vairāku-karšu konfigurācija |
| Pievienojiet audzinātāju apvalkā | 15-25 grādus zemāk | Mazs sūknis vai saspiests gaiss |
| Pievienojiet recirkulācijas cilpu | 20-30 grādus zemāks | Sūknis un cauruļvadi |
Modifikācijas viskozitātei un to ietekme uz apvalka temperatūru
Reaktora ģeometrijas izaicinājums
Ķīmiskajam reaktoram bieži ir atšķirīga ģeometrija nekā pārklājuma tvertnei. Reaktors var būt cilindrisks ar kupolveida augšējo un apakšējo daļu, ar centrālu maisītāja vārpstu un deflektoriem. Sildītājam pieejamā vieta ir ierobežota līdz gredzenveida zonai starp maisītāju un tvertnes sienu.
Daudzkārtu sildītājs ar lielu virsmu var neietilpst gredzenveida telpā. Sildītājam jābūt konstruētam tā, lai tas atbilstu trauka sienas izliekumam vai ietilptu pieejamajā telpā, netraucējot maisītājam.
| Reaktora tips | Pieejamā vieta | Ieteicamā sildītāja konfigurācija |
|---|---|---|
| Cilindrisks, maisītājs | Gredzenveida sprauga | Izliekta vairāku{0}}pāreja |
| Cilindrisks, bez maisītāja | Pilns apjoms | Centrālā vairāku -karte |
| Kuģis ar apvalku | Iekšējā spoles telpa | Spole vai bajonete |
| Mazs reaktors | Ierobežots | Kompakts zems{0}}vatu-blīvums |
Reaktoru ģeometrija un sildītāja konfigurācija
Ja standarta sildītāju nevar modificēt
Ja reaktors nevar uzņemt zemam vatu blīvumam nepieciešamo virsmas laukumu, ir iespējams samazināt jaudu, pieņemt īsāku kalpošanas laiku vai izmantot alternatīvu apkures metodi. Ārējais siltummainis var būt piemērotāks viskozai apkalpošanai, jo tas var nodrošināt lielāku virsmas laukumu mazākā tilpumā.
Kad ir nepieciešama pielāgota konfigurācija
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar zemu vatu blīvumu, lielu virsmas laukumu un plūsmas palielināšanu ir paredzēta viskozā reaktora apkalpošanai. Specifikācijas procesam ir nepieciešama šķidruma viskozitāte darba temperatūrā, reaktora izmēri, maisītāja tips un ātrums, vajadzīgā jauda un temperatūras viendabīguma prasība.
