כיצד לבחור את קוטר מחמם ה-PFA הנכון עבור מרווח הבלבול של מיכל נתון כדי לשמור על מהירות מעקף זרימה מינימלית?

מיכלים מבולבלים משמשים לערבוב, תגובות כימיות והעברת חום והרווח בין המבוכה לדופן המיכל מספק ערוץ עוקף זרימה. כדי להבטיח העברת חום ולמנוע התחממות יתר מקומית, מהירות הזרימה חייבת להיות גבוהה מספיק מעבר למחמם אם מותקן תנור PFA בערוץ זה. עבור שירות מים, מחממי PFA צריכים להיות בעלי מהירות עוקפת זרימה מינימלית של 0.3-0.5 m/s כדי לשמור על טמפרטורת פני ה-PFA בטווח של 10 מעלות מהנוזל בתפזורת בצפיפות וואט רגילה (3-5 W/cm2). עבור מרווח מסויים של בילבול (מרחק בין קצה קצה לקיר מיכל), יש לבחור את קוטר המחמם כך ששטח החתך של תעלת המעקף סביב המחמם גדול מספיק כדי לשמור על מהירות. כלל: ה-OD של המחמם צריך להיות קטן או שווה ל-50% מרוחב הרווח של הבבל. ה-OD המקסימלי של המחמם הוא 50 מ"מ עבור מרווח של 100 מ"מ בין הבלבול. גוף החימום המרבי למרווח של 50 מ"מ הוא 25 מ"מ. הזרימה מצטמצמת על ידי תנורי חימום גדולים יותר, מה שמוריד את המהירות וגורם להתחממות יתר.

חישוב מהירות מעקף הזרימה
המהירות במרווח הבלבול היא v=Q / A כאשר Q קצב הזרימה הנפחי מהמעורר או משאבת המחזור ו-A שטח החתך- של הרווח שאינו תפוס על ידי מחליף החום. W=רוחב הרווח הכולל, D=מחמם OD, H=גובה המיכל (מניח שקוע במלואו). השטח הפנוי הוא A _free=(W - D) × H . כאשר D מתקרב ל-W, A_free מתקרב ל-0 והמהירות מצטמצמת באופן דרמטי. עבור v גדול או שווה ל-0.3 m/s, A_free חייב להיות גדול או שווה ל-Q / 0.3. עבור מיכל טיפוסי עם ערבול שמספק Q=0.05 m3/s (3 m3/min), H=2 m, הדרוש A פנוי=0.05 / 0.3=0.167 m2. ואז (W - D) x 2=0.167. מכאן W - D=0.0835 m=83.5 מ"מ. אם W=150 מ"מ, דוד מקסימום=150 - 83.5=66.5 מ"מ. 65 מ"מ יהיה בסדר. אם W=100 מ"מ, מקסימום D=100-83.5=16.5 מ"מ-תנור חימום צנוע מאוד. במצב זה אי אפשר להכניס את התנור למרווח המבצר, יש להזיז אותו.

במקרה של מיכלי הסעה טבעיים (ללא משאבה, ללא תסיסה) מהירות הזרימה נוצרת על ידי ציפה. עליית המהירות המקסימלית לאורך מחמם היא בערך v=√(2 × g × × ΔT × L), כאשר g=9.81 m/s2, הוא מקדם התפשטות תרמית (0.0004/מעלה למים), ΔT הוא הפרש הטמפרטורה בין משטח המחמם לתפזורת (10 מעלות ) ו-L הוא אורך המחמם (1 מ'). v=√(2 × 9.81 × 0.0004 × 10 × 1)=√(0.0785)=0.28 m/s-למינימום. אם אתה מפחית את המהירות הזו בדרך כלשהי אתה מסתכן בהתחממות יתר. להסעה טבעית, קוטר המחמם צריך להיות קטן מ-30% או שווה ל-30% מרוחב מרווח הבלימה כדי למנוע חנק.

קוטר המחמם לעומת. טבלת בחירה של פערים מבולבלים
Baffle Gap Width (mm) Flow Type Minimum Required v (m/s) Max Heater OD (mm) for v >= min.Heater OD (מ"מ) מומלץ הערות
50 מאולץ (משאבה, בוחש) 0.3 25 20–25 צמוד אך אפשרי 50 הסעה טבעית 0.25 15 12–16 מחמם זעיר מאוד
75 מאולץ 0.3 40 32–38 טוב 75 טבעי 0.25 22 20-25 מקובל 100 מאולץ 0.3 58 50 סטנדרטי 100 טבעי 0.25 30 25 בסדר 125 מאולץ 0.3 83 75 מחמם גדול אפשרי 150 מאולץ 0.3 108 100 אופייני למיכלים גדולים
200 מאולץ 0.3 158 150 יכול להתאים למספר מחממים
השפעות של תנור חימום גדול מדי בחלל הבלבול
אם הקוטר של המחמם גדול מדי עבור מרווח הבלימה (D > 0.6 × W עבור זרימה מאולצת, D > 0.3 × W עבור הסעה טבעית) זה יוצר שלוש בעיות:

סטגנציה של זרימה: מהירות צניחה מתחת ל-0.2m/s. מקדם העברת החום h יורד מ-500 – 1 000 W/m 2 K ל-100 – 300 W/m 2 K. עם צפיפות וואט קבועה, טמפרטורת פני השטח של PFA עולה ב-20-50 מעלות.

התחממות יתר מקומית: הנקודה החמה ביותר היא במורד המחמם (בעקבות) הפרש הטמפרטורות במעלה הזרם ומורד הזרם עשוי להגיע עד 20-30 מעלות, מה שמוביל ללחץ תרמי לא אחיד-.

2.2 אבנית מואצת מהירות נמוכה מאפשרת לחלקיקים ולבועות להיצמד למחמם, וכתוצאה מכך להיווצרות אבנית וביופילם. עוד יותר העברת חום אובדת בקנה מידה, מה שיוצר לולאת משוב חיובית.

בדיקת שדה של תנור חימום עצום במרווח בבל מציגה דפוס מוגדר; PFA מצהיב או חום בצד במורד הזרם, עם משקעי אבנית לבנים. הצד במעלה הזרם עשוי להיראות נורמלי. אם אתה רואה דפוס זה, המחמם שלך גדול מדי עבור הפער.

אפשרויות התקנה כאשר הפער קטן מדי
אם קוטר המחמם הדרוש גדול מהמקסימום המותר במרווח הבבל, הפתרונות הבאים מוצעים:

העבר את המחמם: הנח את התנור במרכז המיכל (הרחק ממבטים) או בלולאת מחזור. מהירות הזרימה בהרכבה מרכזית היא לרוב גדולה יותר מאשר במרווחי הבלבול.

השתמש בתנורי חימום רבים וקטנים יותר השתמש בשני מחממי חימום בגודל 25 מ"מ, במקום בתנור חימום אחד בגודל 50 מ"מ. לכל מחמם קטן יותר יש מגבלת זרימה מופחתת, אבל שטח הפנים הכולל (והספק) עשוי להיות זהה.

הגדל את מרווח הבלבול אם תכנון המיכל מאפשר, הגבר את W על ידי הזזת הבלבול או על ידי הקטנת קצוות הבלבול. על ידי הגדלת המרחק ב-25 מ"מ, ניתן להוסיף תנור חימום 50 מ"מ היכן שרק 32 מ"מ מתאים לפני כן.

הוסף מאיץ זרימה: זרבובית או זרבובית סילון במרווח הבלבול מגדילה את המהירות המקומית. זרבובית משתמשת באנרגיית משאבה מסוימת, אך משחזרת את העברת החום.

דוגמה לשדה:
מיכל ערבוב 5,000 ליטר עם מרווח של 80 מ"מ. המפעל בנה מחמם PFA 63 מ"מ (פער של 79%). מהירות זרימה מדודה=0.12 m/s. המחמם הוגדל-תוך 3 חודשים. טמפרטורת פני השטח של PFA הייתה 115 מעלות במים של 70 מעלות (עלייה של 45 מעלות). המפעל החליף שני תנורי חימום באורך 25 מ"מ (הספק כולל שווה) בכל צד של הבפל. המהירות סביב כל מחמם הייתה 0.35 מטר לשנייה. קנה המידה ירד וטמפרטורת פני השטח ירדה ל-85 מעלות וחיי המחמם גדלו מ-6 חודשים ל-5 שנים. שני מחממים עולים יותר (2x500=500=1,000) מאשר דוד אחד בגודל 63 מ"מ ($800), אבל אורך החיים הארוך יותר ופחות זמן השבתה השתלמו תוך 18 חודשים.

מסקנה: OD של מחמם קטן או שווה ל-0.5 * פער ביל לזרימה מאולצת
עבור מחמם PFA במרווח מבלבל, יש לבחור את קוטר המחמם כך ש-OD קטן מ- או שווה ל-0.5 רוחב מרווח מוביל (W) עבור זרימה מאולצת (נשאבת או נסערת), ו-OD קטן מ-או שווה ל-0.3 W עבור הסעה טבעית. זה נותן שטח פנוי מספיק כדי לשמור על מהירות עוקפת מינימלית של זרימה של 0.3 מ"ש (מאולץ) או 0.25 מ"ש (טבעי). תנורי חימום גדולים מדי חונקים את הזרימה, מה שמוביל למהירות ירודה, טמפרטורת פני השטח גבוהה, אבנית מוגברת וכשל מוקדם. מדוד את הפער, קבע את ה-OD המקסימלי המותר ובחר כראוי אם ה-OD הנדרש הוא מחוץ לגבול, הזז את המחמם או השתמש במספר תנורי חימום זעירים. חלל הבלימה מיועד לזרימה, לא לדחיפה של התנור הגדול ביותר לשם. לכבד את המרווחים, להתאים את התנור, לשמור על הזרימה. תן לדוד שלך שנות שירות, ותודה לך.