LMTD Yang Mentakrifkan Kewajipan Penyejukan
Talian anodisasi keras Jenis III yang beroperasi pada 2 darjah memerlukan penukar haba untuk mengeluarkan 50 kW haba tindak balas. Bekalan air sejuk adalah pada −2 darjah , dan pulangan adalah pada 2 darjah . Bendalir proses memasuki penukar haba pada 4 darjah dan keluar pada 2 darjah .
Untuk susunan aliran-kaunter, perbezaan suhu di kedua-dua hujung ialah: hujung panas (masuk proses 4 darjah − salur keluar air sejuk 2 darjah )=2 darjah dan hujung sejuk (salur keluar proses 2 darjah − salur masuk air sejuk −2 darjah )=4 darjah . LMTD dikira daripada dua nilai ini dan adalah lebih kurang 2.9 darjah .
LMTD 2.9 darjah adalah sangat kecil. Untuk penukar haba dengan pekali keseluruhan 200 W/m²·K dan beban haba 50 kW, luas permukaan yang diperlukan ialah 86 m². Ini adalah penukar haba yang sangat besar, dan kos modal adalah besar.
LMTD kecil ialah kekangan yang menentukan penyejukan anodisasi keras. Penukar haba mestilah cukup besar untuk memindahkan haba merentasi perbezaan suhu yang kecil, dan keperluan kawasan permukaan memacu kos modal dan jejak.
Mengapa LMTD Kecil dalam Perkhidmatan Anodizing
LMTD adalah kecil dalam perkhidmatan anodisasi kerana tiga sebab.
Pertama, suhu proses adalah rendah. Anodisasi keras Jenis III beroperasi pada 0–5 darjah, dan anodisasi sulfurik Jenis II beroperasi pada 20–22 darjah. Suhu proses yang rendah mengehadkan perbezaan suhu antara proses dan air sejuk.
Kedua, suhu bekalan air sejuk dihadkan oleh sistem penyejukan. Bekalan air sejuk biasa adalah pada 5–7 darjah untuk anodisasi Jenis II dan pada −5 hingga 0 darjah untuk anodisasi keras Jenis III. Suhu bekalan tidak boleh dikurangkan selama-lamanya kerana kecekapan sistem penyejukan berkurangan dan risiko pembekuan meningkat.
Ketiga, toleransi suhu proses adalah ketat. Kadar tindak balas anodisasi dan sifat salutan bergantung pada suhu, dan toleransi biasanya ±1 darjah . Toleransi yang ketat mengehadkan kenaikan suhu cecair proses merentasi penukar haba, yang mengurangkan LMTD.
LMTD dalam Penganodan Asid Sulfurik Jenis II
Anodisasi asid sulfurik jenis II beroperasi pada 20–22 darjah dengan toleransi ±1 darjah . Bekalan air sejuk biasanya pada 10–12 darjah , dan pulangan adalah pada 15–17 darjah . Cecair proses memasuki penukar haba pada 22 darjah dan keluar pada 20 darjah .
Untuk susunan aliran-kaunter, perbezaan suhu di kedua-dua hujung ialah: hujung panas (masuk proses 22 darjah − salur keluar air sejuk 17 darjah )=5 darjah dan hujung sejuk (salur keluar proses 20 darjah − salur masuk air sejuk 10 darjah )=10 darjah . LMTD adalah lebih kurang 7.2 darjah .
LMTD 7.2 darjah adalah lebih besar daripada bekas anodisasi keras tetapi masih kecil berbanding dengan aplikasi penukar haba biasa. Untuk penukar haba dengan pekali keseluruhan 200 W/m²·K dan beban haba 50 kW, luas permukaan yang diperlukan ialah 35 m².
LMTD dalam Penganodan Keras Jenis III
Anodisasi keras jenis III beroperasi pada 0–5 darjah dengan toleransi ±0.5 darjah . Bekalan air sejuk biasanya pada −5 hingga 0 darjah, dan pulangan adalah pada 0–3 darjah. Bendalir proses memasuki penukar haba pada 4 darjah dan keluar pada 2 darjah .
Untuk susunan aliran-kaunter, perbezaan suhu di kedua-dua hujungnya ialah: hujung panas (masuk proses 4 darjah − salur keluar air sejuk 3 darjah )=1 darjah dan hujung sejuk (salur keluar proses 2 darjah − salur masuk air sejuk −5 darjah )=7 darjah . LMTD adalah lebih kurang 3.2 darjah .
LMTD 3.2 darjah adalah sangat kecil. Untuk penukar haba dengan pekali keseluruhan 200 W/m²·K dan beban haba 50 kW, luas permukaan yang diperlukan ialah 78 m².
Kesan Susunan Aliran Terhadap LMTD
Susunan aliran mempengaruhi LMTD. Susunan aliran-kaunter menyediakan LMTD terbesar untuk set suhu masuk dan keluar tertentu. Susunan aliran-selari menyediakan LMTD terkecil. Susunan aliran-silang menyediakan LMTD perantaraan.
Untuk perkhidmatan anodisasi, susunan aliran-kaunter lebih disukai kerana ia memaksimumkan LMTD dan meminimumkan luas permukaan yang diperlukan. Susunan aliran-kaunter amat penting dalam perkhidmatan penanodan keras, di mana LMTD adalah sangat kecil dan keperluan kawasan permukaan adalah tinggi.
Membandingkan Nilai LMTD untuk Keadaan Anodisasi Berbeza
Jadual berikut meringkaskan LMTD dan luas permukaan yang diperlukan untuk keadaan anodisasi yang berbeza dengan beban haba 50 kW dan pekali keseluruhan 200 W/m²·K.
| Jenis Anodizing | Suhu Proses | Bekalan Air Sejuk | Pemulangan Air Sejuk | Proses ΔT | LMTD | Kawasan Permukaan yang Diperlukan |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Jenis II, beban rendah | 22 darjah | 12 darjah | 16 darjah | 1 darjah | 8.5 darjah | 29 m² |
| Jenis II, beban sederhana | 22 darjah | 10 darjah | 15 darjah | 2 darjah | 7.2 darjah | 35 m² |
| Jenis II, beban tinggi | 22 darjah | 8 darjah | 14 darjah | 3 darjah | 6.1 darjah | 41 m² |
| Jenis III, beban rendah | 4 darjah | 0 darjah | 2 darjah | 1 darjah | 3.5 darjah | 71 m² |
| Jenis III, beban sederhana | 4 darjah | −2 darjah | 2 darjah | 2 darjah | 2.9 darjah | 86 m² |
| Jenis III, beban tinggi | 4 darjah | −5 darjah | 2 darjah | 3 darjah | 2.4 darjah | 104 m² |
| Jenis III, beban yang sangat tinggi | 4 darjah | −8 darjah | 2 darjah | 4 darjah | 2.0 darjah | 125 m² |
Nilai luas permukaan yang diperlukan menganggap susunan aliran-pebilang dan pekali pemindahan haba keseluruhan 200 W/m²·K. Luas permukaan sebenar akan bergantung pada bahan tiub, ketebalan dinding, dan halaju aliran.
Had Praktikal LMTD dalam Perkhidmatan Anodizing
Had praktikal LMTD dalam perkhidmatan penanodan ditentukan oleh pertukaran-antara saiz penukar haba dan kos penyejukan. LMTD yang lebih kecil memerlukan penukar haba yang lebih besar tetapi membenarkan suhu bekalan air sejuk yang lebih tinggi, yang mengurangkan kos penyejukan. LMTD yang lebih besar membolehkan penukar haba yang lebih kecil tetapi memerlukan suhu bekalan air sejuk yang lebih rendah, yang meningkatkan kos penyejukan.
Untuk anodisasi asid sulfurik Jenis II, julat LMTD praktikal ialah 6–10 darjah . Di bawah 6 darjah, penukar haba menjadi besar secara tidak praktikal. Di atas 10 darjah, suhu bekalan air sejuk menjadi terlalu tinggi untuk memberikan penyejukan yang mencukupi.
Untuk anodisasi keras Jenis III, julat LMTD praktikal ialah 2–5 darjah . Di bawah 2 darjah, penukar haba menjadi besar secara tidak praktikal. Di atas 5 darjah, suhu bekalan air sejuk menjadi terlalu tinggi untuk mengekalkan suhu proses.
Ciri Reka Bentuk Yang Membolehkan LMTD yang Lebih Kecil
Beberapa ciri reka bentuk membenarkan LMTD yang lebih kecil tanpa peningkatan yang berlebihan dalam saiz penukar haba.
Bahan tiub kekonduksian yang lebih tinggi.Sebatian PTFE yang diisi dengan kekonduksian terma 0.5 W/m·K mempunyai separuh rintangan haba dinding PTFE dara, yang meningkatkan pekali pemindahan haba keseluruhan dan mengurangkan luas permukaan yang diperlukan.
Dinding tiub yang lebih nipis.Dinding yang lebih nipis mengurangkan rintangan haba dan meningkatkan pekali keseluruhan. Dinding 0.5 mm mempunyai separuh rintangan haba dinding 1.0 mm.
Halaju aliran yang lebih tinggi.Halaju aliran yang lebih tinggi meningkatkan pekali filem pada kedua-dua belah dinding tiub, yang meningkatkan pekali keseluruhan dan mengurangkan luas permukaan yang diperlukan.
Permukaan tiub yang dipertingkatkan.Permukaan tiub dengan sirip atau alur meningkatkan luas permukaan per unit panjang dan pekali filem, yang membolehkan LMTD yang lebih kecil.
Perbezaan suhu yang lebih besar sepanjang proses.Membenarkan cecair proses naik atau turun dengan jumlah yang lebih besar merentasi penukar haba meningkatkan LMTD. Toleransi suhu proses mengehadkan perubahan suhu yang dibenarkan.
Konfigurasi penukar haba berpecah.Membahagikan beban haba antara dua penukar haba yang lebih kecil membolehkan setiap unit beroperasi pada LMTD yang lebih kecil tanpa penalti ruang bagi satu unit besar.
Parameter Spesifikasi untuk Perkhidmatan Anodizing
Jurutera peralatan yang menyatakan penukar haba PTFE untuk perkhidmatan anodisasi hendaklah mengesahkan parameter berikut dengan pembekal.
Jenis anodizing.Nyatakan anodisasi Jenis II atau Jenis III dan suhu proses.
Toleransi suhu proses.Nyatakan variasi suhu yang dibenarkan dalam mandian proses.
Suhu bekalan air sejuk.Nyatakan suhu bekalan air sejuk dan kadar aliran yang tersedia.
Suhu kembali air sejuk.Nyatakan suhu balik air sejuk maksimum yang dibenarkan.
Beban haba.Nyatakan beban haba dan julat jangkaan.
LMTD.Nyatakan LMTD berdasarkan proses dan suhu air sejuk.
Kawasan permukaan.Nyatakan luas permukaan yang diperlukan untuk beban haba dan LMTD.
Bahan tiub.Nyatakan bahan tiub berdasarkan pekali keseluruhan yang diperlukan dan suhu dinding.
Susunan aliran.Nyatakan susunan aliran. Aliran balas-diutamakan untuk LMTD maksimum.
Memadankan LMTD kepada Keperluan Proses Anodisasi
LMTD menentukan luas permukaan yang diperlukan dan kebolehlaksanaan tugas penyejukan dalam penukar haba PTFE untuk perkhidmatan anodisasi. LMTD yang lebih kecil memerlukan penukar haba yang lebih besar tetapi membenarkan suhu bekalan air sejuk yang lebih tinggi dan kos penyejukan yang lebih rendah. LMTD yang lebih besar membolehkan penukar haba yang lebih kecil tetapi memerlukan suhu bekalan air sejuk yang lebih rendah dan kos penyejukan yang lebih tinggi.
LMTD hendaklah dipilih berdasarkan suhu proses, suhu bekalan air sejuk, beban haba dan kekangan ruang. Model hamparan mudah dengan pengiraan pemindahan haba dan data kos menyediakan maklumat yang diperlukan untuk memilih LMTD yang optimum.
Untuk talian anodisasi yang menilai pilihan penukar haba PTFE, LMTD hendaklah dinyatakan dalam dokumen perolehan dan disahkan semasa pentauliahan. Konfigurasi lalai yang disediakan oleh pengilang mungkin dioptimumkan untuk kekompakan dan bukannya kecekapan tenaga, dan LMTD yang terhasil mungkin tidak sepadan dengan keperluan proses sebenar.
Jurutera peralatan dan pakar perolehan yang menilai spesifikasi penukar haba PTFE untuk penanodan atau perkhidmatan penyejukan suhu-rendah yang lain boleh meminta semakan reka bentuk yang meliputi jenis anodisasi, suhu proses, suhu bekalan air sejuk, beban haba, LMTD dan kawasan permukaan untuk mengesahkan unit dipadankan dengan keperluan proses sebenar dan struktur kos kemudahan.
