Kompromis-dolžine cevi
Daljše cevi v PTFE toplotnem izmenjevalniku z enim-prehodom zagotavljajo večjo površino na cev, kar zmanjšuje število potrebnih cevi in poenostavlja zasnovo glave. Toda daljše cevi povečajo tudi padec tlaka pare od vstopa do izhoda. Tlak na koncu cevi za kondenzat je nižji kot na vstopu pare. Ker temperatura nasičenja pare pada s tlakom, se efektivna temperaturna gonilna sila za prenos toplote zmanjša vzdolž dolžine cevi.
Razmerje med dolžino cevi in padcem tlaka določa praktično največjo dolžino za-zasnovo z enim prehodom. Nad to dolžino izguba temperature nasičenja na izstopnem koncu zmanjša prenos toplote v spodnjem delu cevi na nesprejemljivo raven.
Izračun padca tlaka
Padec tlaka pare v ravni PTFE cevi se izračuna iz Darcy-Weisbachove enačbe: ΔP=f × (L/D) × (ρ × v² / 2), kjer je f Darcyjev faktor trenja, L je dolžina cevi, D je notranji premer cevi, ρ je gostota pare in v je hitrost pare.
Pri pretoku pare v gladkih PTFE ceveh je faktor trenja odvisen od Reynoldsovega števila. Pri tipičnih hitrostih pare 5–20 m/s v ceveh z notranjim premerom 6–10 mm je Reynoldsovo število 5.000–50.000 v turbulentnem režimu. Faktor trenja za gladke cevi je približno 0,02-0,03.
Ko para kondenzira vzdolž cevi, se hitrost pare zmanjša. Padec tlaka ni linearen glede na dolžino-gorvodni odsek z večjo hitrostjo ima večji padec tlaka na meter kot spodnji odsek.
| Dolžina cevi (m) | Vhodni tlak (barg) | Izhodni tlak (barg) | Padec tlaka (bar) | Izhodna temperatura nasičenosti (stopinja) | Izguba LMTD (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.0 | 3.0 | 2.96 | 0.04 | 142.5 | 0.5 |
| 2.0 | 3.0 | 2.91 | 0.09 | 141.8 | 1.2 |
| 3.0 | 3.0 | 2.85 | 0.15 | 140.8 | 2.2 |
| 5.0 | 3.0 | 2.70 | 0.30 | 138.5 | 4.8 |
| 8.0 | 3.0 | 2.45 | 0.55 | 135.0 | 9.5 |
Izračunano za 10 mm OD × 8 mm ID PTFE cev, masni pretok pare 1,5 kg/h na cev, vstopni tlak 3 barg.
Efektivna temperaturna razlika
Znižanje temperature nasičenja vzdolž cevi zmanjša lokalno LMTD na izstopnem koncu. Če ima procesna tekočina 60 stopinj, je LMTD na vstopu v cev (para 143 stopinj) približno 83 stopinj. Na izhodu iz cevi s padcem tlaka 0,15 bara (2,0 m cevi) je temperatura pare 140,8 stopinj, LMTD pa približno 80,8 stopinj -2,6-odstotno zmanjšanje.
Povprečni LMTD po dolžini cevi se uporablja za izračun prenosa toplote. Za 2,0 m cev je povprečni LMTD približno 82 stopinj. Pri 5,0 m cevi s padcem tlaka 0,30 bara povprečni LMTD pade na približno 79 stopinj -kar je 5-odstotno zmanjšanje glede na 2,0 m primer.
Izguba LMTD pomeni, da daljša cev zagotavlja manjši prenos toplote na enoto dolžine kot krajša cev. Celoten prenos toplote narašča z dolžino, vendar z vse manjšimi povratki.
Praktična največja dolžina cevi
Praktična največja dolžina cevi za eno-prehodni PTFE izmenjevalnik toplote je približno 3-4 metre. Nad to dolžino kazen zaradi padca tlaka-tako izguba LMTD kot povečan protitlak na parni zapornici izravnata dodatno površino. Pri aplikacijah, ki zahtevajo večjo površino, je prednost več krajših vzporednih cevi pred manjšim številom daljših cevi.
Pri navpičnih-zasnovah z enim prehodom, kjer kondenzat odteka zaradi gravitacije in je tok-kondenzata so-navzdol, so lahko sprejemljive dolžine cevi do 5 metrov, ker gravitacija pomaga pri odvajanju in zmanjša-komponento padca tlaka, povezano s kondenzatom.
Povzetek
Padec tlaka pare v enoprehodni PTFE cevi izmenjevalnika toplote se povečuje z dolžino cevi, kar zmanjšuje temperaturo nasičenosti na izhodu in efektivno LMTD. Praktična največja dolžina cevi je 3-4 metre za vodoravne cevi in do 5 metrov za navpične zasnove sotočnega toka navzdol. Poleg teh dolžin sta vse manjša vrnitev prenosa toplote in povečan protitlak na sistemu kondenzata prednost več krajšim cevkam vzporedno.
Inženirska podpora za optimizacijo dolžine cevi toplotnega izmenjevalnika PTFE je na voljo ob predložitvi parnega tlaka, toplotne moči, dimenzij cevi in temperature procesne tekočine.
