Speciāla ķīmiskā rūpnīca, kas nepieciešama, lai darba temperatūrā uzsildītu polimēra šķīdumu ar viskozitāti aptuveni 20 000 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 10 MΩ. Sildītājam tika noteikts 1,2 W/cm², kas bija piemērots ūdenim, bet pārāk agresīvs viskozā polimēra šķīdumam.
Augstas viskozitātes šķidrumi ir galvenais siltuma pārneses izaicinājums. Biezais termiskais robežslānis pie sildītāja virsmas aiztur siltumu, un sildītāja virsmas temperatūra paaugstinās daudz virs tilpuma šķidruma temperatūras. Drošais vatu blīvums samazinās proporcionāli viskozitātei. Sildītāja konfigurācijai jābūt konstruētai tā, lai nodrošinātu nepieciešamo virsmas laukumu pie zema vatu blīvuma, un ir jāsaglabā plūsma uz sildītāja virsmas, lai samazinātu robežslāņa biezumu.
Siltuma pārneses problēma augstas viskozitātes šķidrumos
Šķidrumā, kura viskozitāte 100 reizes pārsniedz ūdens viskozitāti, konvekcijas siltuma pārneses koeficients ir 10–20% no ūdens vērtības. Temperatūras starpība, kas nepieciešama, lai nodotu noteiktu siltuma plūsmu, ir attiecīgi lielāka. Sildītājam, kas darbojas ar 1,0 W/cm² 100 x viskozitātes šķidrumā, temperatūras starpība starp virsmu{7}}līdz -masas temperatūrai var būt 40–60 grādi.
Augsta virsmas temperatūra paātrina PTFE noārdīšanos. Polimērs mīkstina, zaudē izmēru stabilitāti un kļūst caurlaidīgāks. Sildītājs sabojājas no ārpuses iekšā.
| Šķidruma viskozitāte | Saistībā ar ūdeni | Konvekcijas koeficients | Virsmas 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 |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 grādi | 1,0–1,3 W/cm² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 grādi | 0,6–0,9 W/cm² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 grādi | 0,4–0,6 W/cm² |
Siltuma pārnese un drošs vatu blīvums augstas viskozitātes šķidrumiem
Vairāku{0}}karšu konfigurācija
Vairāku{0}}pāreju konfigurācija sadala sildvirsmu lielākā laukumā, samazinot vatu blīvumu uz laukuma vienību. Caurlaides ir sakārtotas tā, lai maksimāli palielinātu virsmas laukumu pieejamā trauka tilpumā un nodrošinātu plūsmu starp tām.
6 kW darbam ar 0,7 W/cm² vajadzīgā virsmas laukums ir 8571 cm². Daudzkārtu sildītājs ar 50 mm apvalka diametru un astoņām gājieniem pa 700 mm nodrošina apmēram 8796 cm²{10}}pietiekami darbam. Caurlaides ir izvietotas 40–50 mm attālumā viena no otras, lai nodrošinātu plūsmu starp tām.
| Jauda | Drošs vatu blīvums | Nepieciešamais virsmas laukums | Iziet pie 50 mm Apvalks | Pasūtīšanas garums | Pass Spacing |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0,7 W/cm² | 4286 cm² | 4 | 700 mm | 40 mm |
| 4 kW | 0,7 W/cm² | 5714 cm² | 5 | 700 mm | 40 mm |
| 5 kW | 0,7 W/cm² | 7143 cm² | 7 | 700 mm | 45 mm |
| 6 kW | 0,7 W/cm² | 8571 cm² | 8 | 700 mm | 45 mm |
| 8 kW | 0,7 W/cm² | 11 429 cm² | 10 | 700 mm | 50 mm |
Daudzkārtu konfigurācijas augstas viskozitātes polimēru šķīdumiem
Plūsmas palielināšana viskoziem šķidrumiem
Viskozā šķidrumā ar vairāku -pāreju konfigurāciju vien nepietiek. Plūsma pie sildītāja virsmas ir jāsaglabā, lai samazinātu robežslāņa biezumu. Speciāls sūknis vai neliels recirkulācijas sūknis var novirzīt plūsmu pāri ejām.
Vietējais ātrums 0,3–0,5 m/s ir pietiekams, lai samazinātu robežslāņa biezumu un pazeminātu virsmas temperatūru par 15–25 grādiem. Plūsmai nav jābūt spēcīgai,-tai jābūt vērstai uz sildītāja virsmu.
| Plūsmas palielināšanas metode | Vietējais ātrums | Virsmas ΔT samazināšana | Īstenošana |
|---|---|---|---|
| Pedagogs pie sildītāja | 0.3–0.5 m/s | 15-25 grādi | Mazs sūknis vai saspiests gaiss |
| Recirkulācijas cilpa | 0.4–0.6 m/s | 20-30 grādi | Sūknis un cauruļvadi |
| Mehāniskā maisīšana | 0.2–0.4 m/s | 10-20 grādi | Maisītājs vai maisītājs |
| Slīpoša caurule | 0.1–0.2 m/s | 8-15 grādi | Saspiests gaiss |
Plūsmas palielināšanas metodes viskoziem šķidrumiem
Reaktoru ģeometrijas apsvērumi
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.
Izliekta vairāku{0}}pāreju konfigurācija, kas seko asinsvada sienai, palielina virsmas laukumu gredzenveida telpā. Caurlaides ir izvietotas gredzenā ap maisītāju, starp tām ir plūsmas kanāli.
Ja standarta sildītāju nevar izmantot
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.
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar vairākām ejām, zemu vatu blīvumu un plūsmas palielināšanu ir paredzēta augstas viskozitātes polimēru šķīdumiem. Specifikācijas procesam ir nepieciešama šķidruma viskozitāte darba temperatūrā, tvertnes izmēri, maisītāja tips un ātrums, vajadzīgā jauda un temperatūras viendabīguma prasība.
