Loji kimia khusus diperlukan untuk memanaskan larutan polimer dengan kelikatan lebih kurang 20,000 mPa·s pada suhu operasi. Pemanas rendaman PTFE sedia ada telah gagal selepas empat bulan. Sarungnya menunjukkan jalur lembut dan melepuh di sepanjang bahagian bawah yang dipanaskan, dan rintangan penebat telah jatuh di bawah 10 MΩ. Pemanas telah ditetapkan pada 1.2 W/cm², yang sesuai untuk air tetapi terlalu agresif untuk larutan polimer likat.
Cecair kelikatan tinggi memberikan cabaran pemindahan haba asas. Lapisan sempadan haba yang tebal pada permukaan pemanas memerangkap haba, dan suhu permukaan pemanas meningkat jauh melebihi suhu bendalir pukal. Ketumpatan watt selamat menurun secara berkadar dengan kelikatan. Konfigurasi pemanas mesti direka bentuk untuk menyediakan kawasan permukaan yang diperlukan pada ketumpatan watt rendah, dan aliran pada permukaan pemanas mesti dikekalkan untuk mengurangkan ketebalan lapisan sempadan.
Masalah Pemindahan Haba dalam Bendalir Kelikatan Tinggi
Dalam cecair dengan kelikatan 100 kali ganda daripada air, pekali pemindahan haba perolakan ialah 10–20% daripada nilai air. Perbezaan suhu yang diperlukan untuk memindahkan fluks haba tertentu adalah lebih tinggi. Untuk pemanas yang beroperasi pada 1.0 W/cm² dalam cecair kelikatan 100×, jarak suhu permukaan-ke-pukal boleh 40–60 darjah .
Suhu permukaan yang tinggi mempercepatkan degradasi PTFE. Polimer melembut, kehilangan kestabilan dimensi, dan menjadi lebih telap. Pemanas gagal dari luar ke dalam.
| Kelikatan Bendalir | Berbanding dengan Air | Pekali Perolakan | Permukaan ΔT pada 1.0 W/cm² | Ketumpatan Watt Selamat |
|---|---|---|---|---|
| air | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12–18 darjah | 1.5–2.0 W/cm² |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25–35 darjah | 1.0–1.3 W/cm² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40–60 darjah | 0.6–0.9 W/cm² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60–90 darjah | 0.4–0.6 W/cm² |
Pemindahan haba dan ketumpatan watt selamat untuk cecair kelikatan tinggi
Konfigurasi Berbilang{0}}Pas
Konfigurasi berbilang-laluan mengagihkan permukaan pemanasan merentasi kawasan yang lebih besar, mengurangkan ketumpatan watt per unit luas. Pas disusun untuk memaksimumkan luas permukaan dalam jumlah vesel yang tersedia dan untuk membolehkan aliran di antara mereka.
Untuk duti 6 kW pada 0.7 W/cm², luas permukaan yang diperlukan ialah 8,571 cm². Pemanas berbilang-dengan diameter sarung 50 mm dan lapan pas 700 mm setiap satu menyediakan kira-kira 8,796 cm²-yang cukup untuk tugas. Pas dijarakkan 40–50 mm untuk membolehkan aliran di antaranya.
| Watt | Ketumpatan Watt Selamat | Kawasan Permukaan yang Diperlukan | Lulus pada Sarung 50 mm | Panjang Lulus | Jarak Pas |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0.7 W/cm² | 4,286 cm² | 4 | 700 mm | 40 mm |
| 4 kW | 0.7 W/cm² | 5,714 cm² | 5 | 700 mm | 40 mm |
| 5 kW | 0.7 W/cm² | 7,143 cm² | 7 | 700 mm | 45 mm |
| 6 kW | 0.7 W/cm² | 8,571 cm² | 8 | 700 mm | 45 mm |
| 8 kW | 0.7 W/cm² | 11,429 cm² | 10 | 700 mm | 50 mm |
Konfigurasi berbilang-laluan untuk penyelesaian polimer kelikatan tinggi
Pembesaran Aliran untuk Bendalir Likat
Konfigurasi berbilang-laluan sahaja tidak mencukupi dalam cecair likat. Aliran pada permukaan pemanas mesti dikekalkan untuk mengurangkan ketebalan lapisan sempadan. Pendidik khusus atau pam edaran semula kecil boleh mengarahkan aliran merentasi laluan.
Halaju tempatan 0.3–0.5 m/s adalah mencukupi untuk mengurangkan ketebalan lapisan sempadan dan menurunkan suhu permukaan sebanyak 15–25 darjah . Aliran tidak perlu kuat-ia perlu diarahkan pada permukaan pemanas.
| Kaedah Pembesaran Aliran | Halaju Tempatan | Pengurangan ΔT Permukaan | Perlaksanaan |
|---|---|---|---|
| Pendidik di pemanas | 0.3–0.5 m/s | 15–25 darjah | Pam kecil atau udara termampat |
| Gelung peredaran semula | 0.4–0.6 m/s | 20–30 darjah | Pam dan paip |
| Pergolakan mekanikal | 0.2–0.4 m/s | 10–20 darjah | Agitator atau pengacau |
| Paip sparge | 0.1–0.2 m/s | 8–15 darjah | Udara termampat |
Kaedah pembesaran aliran untuk cecair likat
Pertimbangan Geometri Reaktor
Reaktor kimia selalunya mempunyai geometri yang berbeza daripada tangki penyaduran. Reaktor mungkin berbentuk silinder dengan bahagian atas dan bawah berkubah, dengan aci agitator tengah dan penyekat. Ruang yang tersedia untuk pemanas adalah terhad kepada kawasan anulus antara pengaduk dan dinding kapal.
Konfigurasi berbilang laluan melengkung-yang mengikut dinding vesel memaksimumkan luas permukaan dalam ruang anulus. Hantaran disusun dalam gelang di sekeliling pengaduk, dengan saluran aliran di antaranya.
Apabila Pemanas Standard Tidak Boleh Digunakan
Jika reaktor tidak dapat menampung kawasan permukaan yang diperlukan untuk ketumpatan watt rendah, pilihannya adalah untuk mengurangkan watt, menerima hayat perkhidmatan yang lebih pendek, atau menggunakan kaedah pemanasan alternatif. Penukar haba luaran mungkin lebih sesuai untuk perkhidmatan likat kerana ia boleh memberikan lebih luas permukaan dalam jumlah yang lebih kecil.
Konfigurasi pemanas rendaman PTFE tersuai dengan berbilang pas, ketumpatan watt rendah dan penambahan aliran direka untuk penyelesaian polimer kelikatan tinggi. Proses spesifikasi memerlukan kelikatan bendalir pada suhu operasi, dimensi kapal, jenis dan kelajuan pengaduk, watt yang diperlukan, dan keperluan keseragaman suhu.
