Spetsiaalne keemiatehas kasutas reaktorit, mis töötles töötemperatuuril umbes 15 000 mPa·s viskoossusega polümeerilahust. Olemasolev PTFE sukelkütteseade oli nelja kuu pärast üles öelnud. Mantel oli alumisel kuumutatud sektsioonil pehme, villiline riba ja isolatsioonitakistus oli langenud alla 8 MΩ. Reaktorit tavapärases mõttes ei segatud{6}}selles kasutati aeglast labasegajat, mis liigutas viskoosset vedelikku õrnalt, kuid ei tekitanud küttekehas turbulentset voolu.
Viskoossed vedelikud erinevad vee{0}}põhistest vannidest põhimõtteliselt oma soojusülekande käitumise poolest. Küttekeha ümbrise piirdekiht on paks ja stabiilne. Loomulik konvektsioon on nõrk. Küttekeha tekitatud soojus ei saa tõhusalt välja pääseda ja ümbrise temperatuur tõuseb palju üle koguvedeliku temperatuuri.
Soojusülekande probleem viskoossetes vedelikes
Viskoosses vedelikus on konvektiivne soojusülekandetegur madal. Vedeliku puhul, mille viskoossus on 100 korda suurem kui vee viskoossus, võib koefitsient olla 10–20% vee väärtusest. Temperatuuride erinevus, mis on vajalik antud soojusvoo ülekandmiseks, on vastavalt suurem.
PTFE-sukelküttekeha puhul, mis töötab viskoosses vedelikus võimsusega 1,0 W/cm², võib ümbrise -ja -mahutemperatuuri vahe olla 40–60 kraadi. Sama vattitihedusega -veepõhises vannis on vahe 12–18 kraadi. Suurem vahe tähendab, et kest töötab palju kõrgemal temperatuuril sama mahutemperatuuri korral.
| Vedeliku viskoossus | Vee suhtes | Konvektiivkoefitsient | Mantli ΔT 1,0 W/cm² juures | Ohutu vattide tihedus |
|---|---|---|---|---|
| Vesi | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 kraadi | 1,5–2,0 W/cm² |
| Kerge õli | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 kraadi | 1,0–1,3 W/cm² |
| Polümeeri lahus | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 kraadi | 0,6–0,9 W/cm² |
| Raske polümeer | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 kraadi | 0,4–0,6 W/cm² |
Soojusülekanne ja ohutu vattihedus viskoossete vedelike jaoks
Soojendi muutmine viskoosse teenuse jaoks
Soojendit tuleb viskoosses vedelikus ohutuks töötamiseks modifitseerida. Muudatused käsitlevad kolme tegurit, mis määravad ümbrise temperatuuri: vattide tihedus, pindala ja vooluhulk.
Vattide tihedust tuleb vähendada vedeliku viskoossuse ohutusse vahemikku. Veest 100 korda suurema viskoossusega polümeerilahuse puhul on ohutu vattihedus 0,6–0,9 W/cm². See nõuab sama võimsuse jaoks rohkem pinda.
Suurem pindala saavutatakse mitme{0}}käigu või laiendatud konfiguratsiooniga. Kütteseade, mis oleks vees kompaktne kimp, muutub viskoosses vedelikus pikaks jaotatud elemendiks.
Voolu ümbrises tuleb parandada. Aeglane labasegaja ei tekita küttekeha pinnal voolu. Spetsiaalne voolik või väike retsirkulatsioonipump võib suunata voolu üle ümbrise, vähendades piirkihi paksust ja alandades ümbrise temperatuuri.
| Modifikatsioon | Mõju ümbrise temperatuurile | Rakendamine |
|---|---|---|
| Vähendage vattihedust 0,7 W/cm²-ni | 15–25 kraadi madalam | Rohkem pinda |
| Suurenda pinda 2 korda | 10–15 kraadi madalam | Mitme{0}}pääsme konfiguratsioon |
| Lisage ümbrisesse kasvataja | 15–25 kraadi madalam | Väike pump või suruõhk |
| Lisa retsirkulatsioonisilmus | 20-30 kraadi madalam | Pump ja torustik |
Viskoosse hoolduse modifikatsioonid ja nende mõju ümbrise temperatuurile
Reaktori geomeetria väljakutse
Keemilisel reaktoril on sageli erinev geomeetria kui plaadistuspaagil. Reaktor võib olla silindriline kuplikujulise üla- ja alaosaga, tsentraalse segisti võlli ja deflektoritega. Küttekeha jaoks saadaolev ruum on piiratud segisti ja anuma seina vahelise rõngakujulise piirkonnaga.
Suure pindalaga mitmekäiguline kütteseade ei pruugi rõngakujulisse ruumi mahtuda. Kütteseade peab olema konstrueeritud nii, et see järgiks anuma seina kumerust või mahuks vabasse ruumi, segamata segajat.
| Reaktori tüüp | Vaba ruum | Soovitatav küttekeha konfiguratsioon |
|---|---|---|
| Silindriline, segaja | Rõngakujuline vahe | Kaarjas mitme{0}}pääs |
| Silindriline, ilma segistita | Täielik maht | Keskne mitme{0}}pääse |
| Mantliga laev | Sisemine mähise ruum | Rull või bajonett |
| Väike reaktor | Piiratud | Kompaktne madal -vati-tihedus |
Reaktori geomeetria ja küttekeha konfiguratsioon
Kui tavalist kütteseadet ei saa muuta
Kui reaktor ei mahuta väikese vattiheduse jaoks vajalikku pindala, on võimalik vähendada võimsust, leppida lühema tööeaga või kasutada alternatiivset küttemeetodit. Väline soojusvaheti võib olla sobivam viskoosse hoolduse jaoks, kuna see suudab pakkuda suuremat pinda väiksemas mahus.
Kui on vaja kohandatud konfiguratsiooni
Kohandatud PTFE sukelsoojendi konfiguratsioon väikese vattiheduse, suure pindala ja voolu suurendamisega on mõeldud viskoosse reaktori teenindamiseks. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab vedeliku viskoossust töötemperatuuril, reaktori mõõtmeid, segisti tüüpi ja kiirust, nõutavat võimsust ja temperatuuri ühtluse nõuet.
