LMTD, mis määrab jahutuskohustuse
III tüüpi kõva anodeerimisliin, mis töötab 2 kraadi juures, nõuab 50 kW reaktsioonisoojuse eemaldamiseks soojusvahetit. Jahutatud veevarustus on –2 kraadi ja tagasivool 2 kraadi juures. Protsessi vedelik siseneb soojusvahetisse 4 kraadi juures ja väljub 2 kraadi juures.
Vastu-voolukorralduse puhul on temperatuuride erinevused kahes otsas järgmised: kuum ots (protsessi sisselaskeava 4 kraadi − jahutatud vee väljalaskeava 2 kraadi )=2 kraadi ja külm ots (protsessi väljalaskeava 2 kraadi − jahutusvee sisselaskeava −2 kraadi)=4 kraadi . LMTD arvutatakse nende kahe väärtuse põhjal ja see on ligikaudu 2,9 kraadi.
LMTD 2,9 kraadi on väga väike. Soojusvaheti puhul, mille üldtegur on 200 W/m²·K ja soojuskoormus 50 kW, on nõutav pindala 86 m². See on väga suur soojusvaheti ja kapitalikulu on märkimisväärne.
Väike LMTD on kõva anodeerimise jahutuse määrav piirang. Soojusvaheti peab olema piisavalt suur, et kanda soojust üle väikese temperatuurierinevuse ning pindala nõue juhib kapitalikulusid ja jalajälge.
Miks on LMTD anodeerimisteenuses väike?
LMTD on anodeerimisteenuses väike kolmel põhjusel.
Esiteks on protsessi temperatuur madal. III tüüpi kõvaanodeerimine töötab 0–5 kraadi juures ja II tüüpi väävelanodeerimine 20–22 kraadi juures. Madal protsessitemperatuur piirab protsessi ja jahutatud vee temperatuuride erinevust.
Teiseks piirab jahutatud vee pealevoolu temperatuuri jahutussüsteem. Tüüpiline jahutatud veevarustus on 5–7 kraadi II tüüpi anodeerimisel ja –5 kuni 0 kraadi III tüüpi anodeerimisel. Pealevoolu temperatuuri ei saa lõputult alandada, sest jahutussüsteemi efektiivsus väheneb ja külmumisoht suureneb.
Kolmandaks on protsessi temperatuuritaluvus range. Anodeerimisreaktsiooni kiirus ja katte omadused sõltuvad temperatuurist ning tolerants on tavaliselt ±1 kraad. Tihe tolerants piirab protsessivedeliku temperatuuri tõusu läbi soojusvaheti, mis vähendab LMTD-d.
LMTD II tüüpi väävelhappega anodeerimisel
II tüüpi väävelhappe anodeerimine töötab 20–22 kraadi juures hälbega ±1 kraad. Jahutatud vee juurdevool on tavaliselt 10–12 kraadi ja tagasivool 15–17 kraadi. Protsessi vedelik siseneb soojusvahetisse 22 kraadi juures ja väljub 20 kraadi juures.
Vastu-voolukorralduse puhul on temperatuuride erinevused kahes otsas järgmised: kuum ots (protsessi sisselaskeava 22 kraadi – jahutatud vee väljalaskeava 17 kraadi )=5 kraadi ja külm ots (protsessi väljalaskeava 20 kraadi – jahutusvee sisselaskeava 10 kraadi)=10 kraadi . LMTD on ligikaudu 7,2 kraadi.
LMTD 7,2 kraadi on suurem kui kõva anodeerimise korpus, kuid siiski väike võrreldes tüüpiliste soojusvaheti rakendustega. Soojusvaheti üldkoefitsiendiga 200 W/m²·K ja soojuskoormusega 50 kW on nõutav pindala 35 m².
LMTD III tüüpi kõva anodeerimisel
III tüüpi kõva anodeerimine töötab 0–5 kraadi juures tolerantsiga ±0,5 kraadi. Jahutatud veevarustus on tavaliselt –5 kuni 0 kraadi ja tagasivool 0–3 kraadi juures. Protsessi vedelik siseneb soojusvahetisse 4 kraadi juures ja väljub 2 kraadi juures.
Vastu-voolukorralduse puhul on temperatuuride erinevused kahes otsas järgmised: kuum ots (protsessi sisselaskeava 4 kraadi – jahutatud vee väljalaskeava 3 kraadi )=1 kraadi ja külm ots (protsessi väljalaskeava 2 kraadi – jahutusvee sisselaskeava –5 kraadi)=7 kraadi . LMTD on ligikaudu 3,2 kraadi.
LMTD 3,2 kraadi on väga väike. Soojusvaheti üldkoefitsiendiga 200 W/m²·K ja soojuskoormusega 50 kW on nõutav pindala 78 m².
Voolukorralduse mõju LMTD-le
Voolukorraldus mõjutab LMTD-d. Loendur-voolukorraldus pakub suurimat LMTD-d antud sisse- ja väljalasketemperatuuride komplekti jaoks. Paralleel-vookorraldus tagab väikseima LMTD. Rist-vookorraldus pakub vahepealset LMTD-d.
Anodeerimisteenuse puhul eelistatakse loenduri-voolukorraldust, kuna see maksimeerib LMTD-d ja minimeerib nõutava pindala. Vastu-voolukorraldus on eriti oluline kõva anodeerimise teenuse puhul, kus LMTD on väga väike ja pindalanõue kõrge.
Erinevate anodeerimistingimuste LMTD väärtuste võrdlemine
Järgmises tabelis on kokkuvõte LMTD ja nõutav pindala erinevate anodeerimistingimuste jaoks soojuskoormusega 50 kW ja üldise koefitsiendiga 200 W/m²·K.
| Anodeerimise tüüp | Protsessi temperatuur | Jahutatud veevarustus | Jahutatud vee tagasivool | Protsess ΔT | LMTD | Nõutav pindala |
|---|---|---|---|---|---|---|
| II tüüp, väike koormus | 22 kraadi | 12 kraadi | 16 kraadi | 1 kraad | 8,5 kraadi | 29 m² |
| II tüüp, mõõdukas koormus | 22 kraadi | 10 kraadi | 15 kraadi | 2 kraadi | 7,2 kraadi | 35 m² |
| II tüüp, suur koormus | 22 kraadi | 8 kraadi | 14 kraadi | 3 kraadi | 6,1 kraadi | 41 m² |
| III tüüp, väike koormus | 4 kraadi | 0 kraadi | 2 kraadi | 1 kraad | 3,5 kraadi | 71 m² |
| III tüüp, mõõdukas koormus | 4 kraadi | -2 kraadi | 2 kraadi | 2 kraadi | 2,9 kraadi | 86 m² |
| III tüüp, suur koormus | 4 kraadi | -5 kraadi | 2 kraadi | 3 kraadi | 2,4 kraadi | 104 m² |
| III tüüp, väga suur koormus | 4 kraadi | -8 kraadi | 2 kraadi | 4 kraadi | 2,0 kraadi | 125 m² |
Nõutavad pindala väärtused eeldavad vastuvoolu-korraldust ja üldist soojusülekandetegurit 200 W/m²·K. Tegelik pindala sõltub toru materjalist, seina paksusest ja voolukiirustest.
LMTD praktilised piirangud anodeerimisteenuses
LMTD praktilised piirid anodeerimisteenuses määratakse{0}}soojusvaheti suuruse ja jahutuskulude vahelise kompromissiga. Väiksem LMTD nõuab suuremat soojusvahetit, kuid võimaldab kõrgemat jahutusvee pealevoolu temperatuuri, mis vähendab jahutuskulusid. Suurem LMTD võimaldab väiksemat soojusvahetit, kuid nõuab madalamat jahutusvee juurdevoolu temperatuuri, mis suurendab jahutuskulusid.
II tüüpi väävelhappega anodeerimisel on praktiline LMTD vahemik 6–10 kraadi. Alla 6 kraadi muutub soojusvaheti ebapraktiliselt suureks. Üle 10 kraadi muutub jahutatud vee temperatuur piisava jahutuse tagamiseks liiga kõrgeks.
III tüüpi kõva anodeerimise puhul on praktiline LMTD vahemik 2–5 kraadi. Alla 2 kraadi muutub soojusvaheti ebapraktiliselt suureks. Üle 5 kraadi muutub jahutatud vee temperatuur protsessi temperatuuri hoidmiseks liiga kõrgeks.
Disainifunktsioonid, mis võimaldavad väiksemat LMTD-d
Mitmed disainifunktsioonid võimaldavad väiksemat LMTD-d ilma soojusvaheti suurust liigselt suurendamata.
Suurema juhtivusega torumaterjal.Täidetud PTFE segu soojusjuhtivusega 0,5 W/m·K omab poole väiksemat seina soojustakistust kui neitsi PTFE, mis suurendab üldist soojusülekandetegurit ja vähendab vajalikku pinda.
Õhem torusein.Õhem sein vähendab soojustakistust ja suurendab üldist koefitsienti. 0,5 mm seina soojustakistus on poole väiksem kui 1,0 mm seinal.
Suurem voolukiirus.Suurem voolukiirus suurendab kilekoefitsiente mõlemal pool toru seina, mis suurendab üldist koefitsienti ja vähendab vajalikku pindala.
Täiustatud toru pind.Uimede või soontega torupind suurendab pindala pikkuseühiku kohta ja kilekoefitsienti, mis võimaldab väiksemat LMTD-d.
Suurem temperatuuride erinevus kogu protsessi jooksul.Kui lubate protsessivedelikul soojusvahetis suuremal hulgal tõusta või langeda, suureneb LMTD. Protsessi temperatuuritolerants piirab lubatud temperatuurimuutust.
Jagatud soojusvaheti konfiguratsioon.Soojuskoormuse jagamine kahe väiksema soojusvaheti vahel võimaldab igal seadmel töötada väiksema LMTD-ga ilma ühe suure seadme ruumipuuduseta.
Anodeerimisteenuse spetsifikatsiooniparameetrid
Seadmeinsenerid, kes määravad anodeerimisteenuse jaoks PTFE-soojusvaheti, peaksid tarnijaga kinnitama järgmised parameetrid.
Anodeeriv tüüp.Määrake II või III tüüpi anodeerimine ja protsessi temperatuur.
Protsessi temperatuuritaluvus.Määrake protsessivanni lubatud temperatuurimuutus.
Jahutatud vee pealevoolu temperatuur.Määrake jahutusvee pealevoolu temperatuur ja saadaolev vooluhulk.
Jahutatud vee tagasivoolu temperatuur.Määrake maksimaalne lubatud jahutatud vee tagasivoolu temperatuur.
Soojuskoormus.Määrake soojuskoormus ja eeldatav vahemik.
PIIRATUD.Määrake LMTD protsessi ja jahutatud vee temperatuuride põhjal.
Pinnaala.Määrake soojuskoormuse ja LMTD jaoks vajalik pindala.
Toru materjal.Täpsustage toru materjal nõutava üldkoefitsiendi ja seina temperatuuri alusel.
Voolukorraldus.Määrake voolu paigutus. Maksimaalse LMTD jaoks on eelistatud loendur-voog.
LMTD vastavusse viimine anodeerimisprotsessi nõuetega
LMTD määrab anodeerimisteenuse jaoks vajaliku pindala ja jahutusfunktsiooni teostatavuse PTFE-soojusvahetis. Väiksem LMTD nõuab suuremat soojusvahetit, kuid võimaldab kõrgemat jahutusvee juurdevoolu temperatuuri ja madalamaid külmutuskulusid. Suurem LMTD võimaldab väiksemat soojusvahetit, kuid nõuab madalamat jahutusvee juurdevoolu temperatuuri ja kõrgemat jahutuskulu.
LMTD tuleks valida protsessi temperatuuri, jahutusvee juurdevoolu temperatuuri, soojuskoormuse ja ruumipiirangute põhjal. Lihtne tabelimudel koos soojusülekande arvutuse ja kuluandmetega annab optimaalse LMTD valimiseks vajaliku teabe.
PTFE-soojusvaheti valikuid hindavate anodeerimisliinide puhul tuleks hankedokumentides täpsustada LMTD ja seda kontrollida kasutuselevõtul. Tootja pakutav vaikekonfiguratsioon võib olla optimeeritud pigem kompaktsuse kui energiatõhususe jaoks ja tulemuseks olev LMTD ei pruugi vastata tegelikele protsessinõuetele.
Seadmeinsenerid ja hankespetsialistid, kes hindavad PTFE-soojusvaheti spetsifikatsioone anodeerimiseks või muudeks madalatemperatuurilisteks -jahutusteenusteks, võivad taotleda projekti ülevaatamist, mis hõlmab anodeerimise tüüpi, protsessi temperatuuri, jahutatud vee temperatuuri, soojuskoormust, LMTD-d ja pindala, et veenduda, et seade vastab tegelikele protsessinõuetele ja rajatise kulustruktuurile.
