Posebna kemična tovarna je upravljala reaktor, ki je obdeloval raztopino polimera z viskoznostjo približno 15.000 mPa·s pri delovni temperaturi. Obstoječi PTFE potopni grelnik je po štirih mesecih odpovedal. Na ovoju je bil viden mehak pas z mehurčki vzdolž spodnjega ogrevanega dela, izolacijska upornost pa je padla pod 8 MΩ. Reaktor ni bil vznemirjen v običajnem smislu-uporabljal je počasno mešalo z lopaticami, ki je nežno premikalo viskozno tekočino, vendar ni ustvarilo turbulentnega toka na ovoju grelnika.
Viskozne tekočine se bistveno razlikujejo od kopeli-na osnovi vode po svojem obnašanju pri prenosu toplote. Mejna plast na plašču grelnika je debela in stabilna. Naravna konvekcija je šibka. Toplota, ki jo ustvari grelnik, ne more učinkovito uiti in temperatura plašča se dvigne daleč nad temperaturo tekočine v razsutem stanju.
Problem prenosa toplote v viskoznih tekočinah
V viskozni tekočini je koeficient konvekcijskega prenosa toplote nizek. Za tekočino z viskoznostjo, ki je 100-krat večja od viskoznosti vode, je lahko koeficient 10–20 % vrednosti vode. Temperaturna razlika, ki je potrebna za prenos določenega toplotnega toka, je ustrezno večja.
Pri potopnem grelniku iz PTFE, ki deluje pri 1,0 W/cm² v viskozni tekočini, je lahko temperaturna vrzel med plaščem-in-prostorom 40–60 stopinj. V vodni-kopeli z enako gostoto vatov je reža 12–18 stopinj. Večja vrzel pomeni, da plašč deluje pri veliko višji temperaturi za isto temperaturo v razsutem stanju.
| Viskoznost tekočine | Glede na vodo | Konvekcijski koeficient | Plašč ΔT pri 1,0 W/cm² | Varna vatna gostota |
|---|---|---|---|---|
| voda | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 stopinj | 1,5–2,0 W/cm² |
| Svetlo olje | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 stopinj | 1,0–1,3 W/cm² |
| Polimerna raztopina | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 stopinj | 0,6–0,9 W/cm² |
| Težki polimer | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 stopinj | 0,4–0,6 W/cm² |
Prenos toplote in varna vatna gostota za viskozne tekočine
Prilagoditev grelnika za viskozno delovanje
Grelnik je treba prilagoditi za varno delovanje v viskozni tekočini. Spremembe obravnavajo tri dejavnike, ki določajo temperaturo plašča: gostoto v vatih, površino in pretok.
Gostoto v vatih je treba zmanjšati na varno območje za viskoznost tekočine. Za raztopino polimera s 100-kratno viskoznostjo vode je varna vatna gostota 0,6–0,9 W/cm². To zahteva večjo površino za enako moč.
Večjo površino dosežete z več-prehodno ali razširjeno konfiguracijo. Grelec, ki bi bil kompakten snop v vodi, postane dolg, porazdeljen element v viskozni tekočini.
Pretok na ovoju je treba izboljšati. Počasno mešalo z lopaticami ne ustvarja pretoka na površini grelnika. Namenski eduktor ali majhna obtočna črpalka lahko usmeri tok čez plašč, zmanjša debelino mejne plasti in zniža temperaturo plašča.
| Sprememba | Vpliv na temperaturo plašča | Izvedba |
|---|---|---|
| Zmanjšajte vatno gostoto na 0,7 W/cm² | 15-25 stopinj nižje | Večja površina |
| Povečaj površino 2× | 10-15 stopinj nižje | Več{0}}konfiguracija prehoda |
| Dodajte eduktor na plašč | 15-25 stopinj nižje | Majhna črpalka ali stisnjen zrak |
| Dodajte recirkulacijsko zanko | 20-30 stopinj nižje | Črpalka in cevovod |
Modifikacije za viskozno delovanje in njihov vpliv na temperaturo plašča
Reactor Geometry Challenge
Kemični reaktor ima pogosto drugačno geometrijo kot rezervoar za prevleko. Reaktor je lahko cilindričen s kupolastim zgornjim in spodnjim delom, z osrednjo mešalno gredjo in loputami. Razpoložljivi prostor za grelec je omejen na obročasto območje med mešalom in steno posode.
Več{0}}grelnik z veliko površino morda ne bo ustrezal obročnemu prostoru. Grelnik mora biti oblikovan tako, da sledi ukrivljenosti stene posode ali da se prilega razpoložljivemu prostoru, ne da bi pri tem motil mešalo.
| Tip reaktorja | Razpoložljiv prostor | Priporočena konfiguracija grelnika |
|---|---|---|
| Cilindrično, mešalo | Obročasta vrzel | Ukrivljen več{0}}hod |
| Cilindrično, brez mešala | Polna glasnost | Centralni več{0}}prehod |
| Posoda s plaščem | Notranji prostor tuljave | Tuljava ali bajonet |
| Majhen reaktor | Omejeno | Kompakten nizko-watt-gostoto |
Geometrija reaktorja in konfiguracija grelnika
Ko standardnega grelnika ni mogoče spremeniti
Če reaktor ne more prilagoditi površine, ki je potrebna za nizko vatno gostoto, so možnosti zmanjšanje moči, sprejetje krajše življenjske dobe ali uporaba alternativne metode ogrevanja. Zunanji izmenjevalnik toplote je morda bolj primeren za viskozno delovanje, ker lahko zagotovi večjo površino pri manjši prostornini.
Ko je potrebna konfiguracija po meri
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z nizko vatno gostoto, veliko površino in povečanim pretokom je zasnovana za uporabo v viskoznih reaktorjih. Postopek specifikacije zahteva viskoznost tekočine pri delovni temperaturi, dimenzije reaktorja, vrsto in hitrost mešala, zahtevano moč in zahtevo glede enakomernosti temperature.
