Spetsiaalne keemiatehas, mis on vajalik polümeerilahuse, mille viskoossus on ligikaudu 20 000 mPa·s, kuumutamiseks töötemperatuuril. Olemasolev PTFE sukelkütteseade oli nelja kuu pärast üles öelnud. Mantel oli alumisel kuumutatud sektsioonil pehme, villiline riba ja isolatsioonitakistus oli langenud alla 10 MΩ. Soojendi oli määratud 1,2 W/cm², mis oli sobiv veele, kuid liiga agressiivne viskoosse polümeerilahuse jaoks.
Kõrge viskoossusega vedelikud kujutavad endast põhilist soojusülekande väljakutset. Küttekeha pinna paks termiline piirkiht püüab soojust kinni ja küttekeha pinna temperatuur tõuseb palju kõrgemale vedeliku kogutemperatuurist. Ohutu vattide tihedus langeb proportsionaalselt viskoossusega. Küttekeha konfiguratsioon peab olema konstrueeritud nii, et see tagaks nõutava pindala madala vattiheduse korral, ja vooluhulk küttekeha pinnal tuleb säilitada, et vähendada piirkihi paksust.
Suure viskoossusega vedelike soojusülekande probleem
Vedelikus, mille viskoossus on 100 korda suurem kui vee viskoossus, on konvektiivne soojusülekandetegur 10–20% vee väärtusest. Temperatuuride erinevus, mis on vajalik antud soojusvoo ülekandmiseks, on vastavalt suurem. Küttekeha puhul, mis töötab 1,0 W/cm² 100-kordse viskoossusega vedelikus, võib pinna{7}}--temperatuuri vahe olla 40–60 kraadi.
Kõrge pinnatemperatuur kiirendab PTFE lagunemist. Polümeer pehmeneb, kaotab mõõtmete stabiilsuse ja muutub läbilaskvamaks. Kütteseade töötab väljastpoolt sissepoole.
| Vedeliku viskoossus | Vee suhtes | Konvektiivkoefitsient | Pinna ΔT 1,0 W/cm² juures | Ohutu vattihedus |
|---|---|---|---|---|
| Vesi | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 kraadi | 1,5–2,0 W/cm² |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 kraadi | 1,0–1,3 W/cm² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 kraadi | 0,6–0,9 W/cm² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 kraadi | 0,4–0,6 W/cm² |
Soojusülekanne ja ohutu vattihedus kõrge viskoossusega vedelike jaoks
Mitme{0}}pääsme konfiguratsioon
Mitme-käiguga konfiguratsioon jaotab küttepinna suuremale alale, vähendades vattihedust pinnaühiku kohta. Läbipääsud on paigutatud selliselt, et maksimeerida pindala olemasoleva anuma mahu piires ja võimaldada voolu nende vahel.
6 kW töövõimsusel 0,7 W/cm² on nõutav pindala 8571 cm². Mitmekäiguline küttekeha, mille kesta läbimõõt on 50 mm ja mille läbimõõt on kaheksa 700 mm, annab tööks piisavalt umbes 8796 cm²{10}}. Läbipääsud on üksteisest 40–50 mm kaugusel, et võimaldada nende vahel voolamist.
| Võimsus | Ohutu vattihedus | Nõutav pindala | Läbib 50 mm kest | Passi pikkus | Passivahe |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 0,7 W/cm² | 4286 cm² | 4 | 700 mm | 40 mm |
| 4 kW | 0,7 W/cm² | 5714 cm² | 5 | 700 mm | 40 mm |
| 5 kW | 0,7 W/cm² | 7143 cm² | 7 | 700 mm | 45 mm |
| 6 kW | 0,7 W/cm² | 8571 cm² | 8 | 700 mm | 45 mm |
| 8 kW | 0,7 W/cm² | 11 429 cm² | 10 | 700 mm | 50 mm |
Mitmekäigulised konfiguratsioonid kõrge viskoossusega polümeerilahuste jaoks
Voolu suurendamine viskoossetele vedelikele
Ainuüksi mitmekäigulisest konfiguratsioonist viskoosses vedelikus ei piisa. Piirkihi paksuse vähendamiseks tuleb säilitada vooluhulk küttekeha pinnal. Spetsiaalne voolik või väike tsirkulatsioonipump võib suunata voolu üle käikude.
Piirkihi paksuse vähendamiseks ja pinnatemperatuuri alandamiseks 15–25 kraadi võrra piisab lokaalsest kiirusest 0,3–0,5 m/s. Vool ei pea olema tugev,{5}}see peab olema suunatud küttekeha pinnale.
| Voolu suurendamise meetod | Kohalik kiirus | Pinna ΔT vähendamine | Rakendamine |
|---|---|---|---|
| Kasvataja küttekehas | 0.3–0.5 m/s | 15-25 kraadi | Väike pump või suruõhk |
| Tsirkulatsiooni silmus | 0.4–0.6 m/s | 20-30 kraadi | Pump ja torustik |
| Mehaaniline segamine | 0.2–0.4 m/s | 10-20 kraadi | Segaja või segaja |
| Särav toru | 0.1–0.2 m/s | 8-15 kraadi | Suruõhk |
Viskoossete vedelike voolu suurendamise meetodid
Reaktori geomeetria kaalutlused
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.
Kaarjas mitme{0}}käiguga konfiguratsioon, mis järgib veresoone seina, maksimeerib rõngakujulise ruumi pindala. Läbipääsud on paigutatud rõngasse ümber segaja, nende vahel on voolukanalid.
Kui tavalist kütteseadet ei saa kasutada
Kui reaktor ei suuda mahutada 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.
Kohandatud PTFE sukelsoojendi konfiguratsioon mitme läbimise, madala vattiheduse ja voolu suurendamisega on loodud kõrge viskoossusega polümeerilahenduste jaoks. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab vedeliku viskoossust töötemperatuuril, anuma mõõtmeid, segisti tüüpi ja kiirust, nõutavat võimsust ja temperatuuri ühtluse nõuet.
