Com seleccionar el nombre correcte de deflectors per a un intercanviador de PTFE amb un flux lateral-de carcassa baix?

Un corrent de producte corrosiu calent només es pot refredar amb un petit raig d'aigua de refrigeració. En un intercanviador típic de carcassa i tub, aquest flux lateral baix de la carcassa flotaria mandrós a través de deflectors àmpliament espaiats, provocant zones estancades i una mala transferència de calor. Per tant, el disseny del deflector s'ha d'ajustar amb precisió per obtenir totes les unitats de servei tèrmic disponibles d'aquest cabal limitat.

El problema d'enginyeria en el nombre de deflectors del disseny de l'intercanviador de PTFE de baix flux és especialment un equilibri precís entre la caiguda de pressió i la transmissió de calor. Massa deflectors poden sufocar el flux i sobrecarregar una petita bomba de circulació. Massa pocs poden fer que l'intercanviador sigui hidràulicament silenciós però tèrmicament ineficaç.

Per què els deflectors són importants en un intercanviador de calor de PTFE
Els deflectors compleixen nombroses tasques importants dins d'un intercanviador de carcassa i tub:

El flux es dirigeix ​​sobre el feix de tubs del costat de la closca

Turbulència millorada i transferència de calor

Suport de tubs de PTFE flexible

Reducció de regions de flux mort

Evitar la vibració del tub

En els intercanviadors de PTFE, el disseny dels deflectors és molt més crucial, ja que els tubs de PTFE són mecànicament flexibles en oposició als tubs metàl·lics. Un espai de suport adequat ajuda a mantenir la geometria del paquet i controlar el comportament del flux del fluid.

En condicions de baix cabal, l'eficiència de l'intercanviador és bastant sensible a l'espaiat i la disposició del deflector.

Compromís tradicional del deflector segmental
La majoria dels intercanviadors de carcassa i tubs tradicionals utilitzen deflectors segmentaris. Aquestes plaques tallades, parcialment, fan que el fluid lateral de la closca travessi el feix de tubs en ziga-zaga, amb freqüència.

Aquest disseny dóna com a resultat una velocitat de flux-transversal elevada i millora la turbulència.

Deflectors molt espaiats
Quan s'estableixen diversos deflectors amb una distància petita:

Augment de la velocitat del costat de la closca

El coeficient de transferència de calor augmenta

Millores del rendiment tèrmic

Podria millorar la resistència a la contaminació

El fluid s'accelera i es gira repetidament a través del feix provocant una mescla més vigorosa al voltant dels tubs.

Però això té un preu.

La caiguda de pressió augmenta ràpidament
Per al costat de la carcassa, l'ús de deflectors molt espaiats dóna com a resultat una major resistència hidràulica a cabals generals baixos.

El resultat pot contenir:

Alta caiguda de pressió.

Menor circulació general

Sobrecàrrega de la bomba

Inanició de flux

Operacions inestables

En circumstàncies greus, és possible que el capçal de la bomba subministrat no sigui suficient per mantenir una circulació-del costat de la closca significativa.

El problema amb no prou deflectors
Amb menys deflectors hi ha menys resistència i el fluid flueix més fàcilment a través de la closca.

Aquest mètode redueix:

Pèrdua de pressió

Requisits per al bombeig

Restricció de cabal

Malauradament, el rendiment tèrmic sol degradar-se al mateix temps.

Flux laminar amb baixa velocitat
Si els deflectors estan àmpliament estesos, la velocitat al costat de la closca pot ser molt baixa. En aquest cas, el flux pot tendir a ser predominantment laminar i no turbulent en el flux transversal-.

Ara el que passa és:

Baixos coeficients de transferència de calor

Estratificació tèrmica

Zones mortes

Assentament de sòlids

Acumulació-d'incrustacions

En canvi, el fluid pot serpentejar lentament per regions obertes amb poca barreja, en lloc de ser escombrat de manera eficient per tot el paquet.

Aquestes zones estacionàries poden ser especialment molestes en serveis de transport de sòlids o corrosius{0}.

Per què els intercanviadors de PTFE de baix flux-s'han de manejar de manera diferent
Com que el tub de PTFE és flexible, els arranjaments del deflector es poden personalitzar més que amb els paquets de tubs metàl·lics durs.

Els paquets de PTFE es poden muntar mitjançant:

Geometries CustomSpacer

Espaciat deflector ajustable

Arranjaments d'assistència no-estàndards

Espiral de camins de flux

Aquesta versatilitat fa que diferents conceptes de deflectors siguin molt interessants en aplicacions de baix cabal.

Deflectors helicoïdals: una solució contemporània
El disseny del deflector helicoïdal és una nova alternativa als típics deflectors segmentaris.

En lloc de forçar el fluid mitjançant patrons de flux-creuats aguts en ziga-zaga, els deflectors helicoïdals guien el corrent lateral-de la closca al llarg d'un camí en espiral continu a través de l'intercanviador.

Els deflectors helicoïdals prenen un fluix feble i serpentejant i el converteixen en una espiral agradable i concentrada.

Com el flux helicoïdal millora el rendiment
Aquest moviment en espiral té nombrosos avantatges importants:

Velocitat més consistent al costat de la closca

Zones menys estàtiques

Flux hidràulic més fàcil

Menor pèrdua de pressió

Millor distribució tèrmica

El fluid flueix contínuament al llarg del feix d'una manera-flux-tap, sense acceleració ni desacceleració.

Això es tradueix en una utilització més eficaç de l'energia de flux limitat.

Angle de l'hèlix i per què és important
El rendiment d'un intercanviador de deflector helicoïdal és bastant sensible a l'angle de l'hèlix.

Els angles d'hèlix típics són els següents:

15 graus

25 graus

35 graus

Fins a 45 graus

Angles d'hèlix reduïts
Una hèlix-de pas llarg amb un angle més baix produeix:

Guia del flux més suau

Caiguda de pressió reduïda

Vies de flux més llargues

Creu de velocitat de flux moderada

Aquesta disposició és generalment preferida per als intercanviadors de PTFE de baix cabal.

Angles d'hèlix més grans
Angles helicoïdals més alts (més inclinats):

Intensitat del flux creuat

Turbulència local.

Coeficient de transferència de calor

Però la disminució de la pressió també augmenta en proporció.

Per tant, l'angle òptim és un compromís entre la càrrega de treball tèrmica i la capacitat de bombeig disponible.

Comparació de dissenys de deflectors segmentals i helicoïdals
Les variacions en el funcionament són més visibles quan es comparen directament els dos enfocaments.

Característiques Deflectors segmentals Deflectors, helicoïdals
Patró de flux-flux en ziga-zagaEspiral, continu
Caiguda de pressió Més gran Més petita
Zones mortes possibles reduïdes
Rendiment de flux baixMillor sovint feble
Tendència a la contaminació Moderada a alta Baixa
Distribució de la velocitat Més desigual Més igual
La disposició helicoïdal és un millor compromís entre el rendiment hidràulic i tèrmic en termes d'estabilitat per a molts serveis de baix cabal.

Consideracions de disseny: pràctiques
Molts deflectors Configuració de l'intercanviador de PTFE de baix flux, hi ha moltes consideracions a l'hora de determinar la.

Capçal de bomba en venda
La major resistència acceptable del deflector està limitada per les capacitats de pressió lateral de la carcassa del sistema de circulació.

Potencial de contaminació
Els dissenys que minimitzin les zones estacionàries són desitjables per a fluids que contenen sòlids-o que es cristal·litzen.

Especificacions del servei tèrmic
Les taxes de transferència de calor necessàries més altes poden requerir una guia de flux més estreta.

Suport de tub de PTFE
Tanmateix, els tubs de PTFE són flexibles i l'espai del suport ha de ser prou bo per evitar una deflexió o vibració excessiva.

Accés per manteniment
Les configuracions de deflectors més obertes i menys complicades podrien proporcionar un millor accés per a la neteja en aplicacions propenses a la contaminació-.

Quan els dissenys estàndard no funcionen
Els arranjaments estàndard de carcassa i tub estan dissenyats generalment per a cabals{0}}moderats a alts. Aquestes geometries similars poden funcionar malament en circumstàncies de circulació feble.

Els símptomes típics de la fallada són:

Capacitat de refrigeració insuficient

Temperatures de sortida elevades

Reducció de sobrepressió

Dipòsit sòlid

Deshomogeneïtat de la distribució del cabal

L'avantatge de la gestió optimitzada del flux intern és substancialment més gran en els sistemes de PTFE de baix flux-.

Resum
Per a aplicacions de baix flux lateral, la selecció adequada dels deflectors es converteix en un dels aspectes més essencials per determinar el rendiment de l'intercanviador de PTFE. Els deflectors segmentaris convencionals representen un compromís dur: els deflectors molt espaiats donen una bona transferència de calor però una pèrdua de pressió severa, mentre que els deflectors àmpliament espaiats minimitzen la resistència però permeten patrons de flux febles i poc barrejats.

Els dissenys de deflectors helicoïdals són una opció més equilibrada, ja que guien el fluid-del costat de la closca al llarg d'un camí en espiral suau que manté la velocitat, però redueix les pèrdues hidràuliques i les zones d'estancament. En moltes aplicacions de baix flux-, una disposició helicoïdal de pas llarg-ofereix un rendiment global millorat en comparació amb els dissenys segmentals tradicionals.

La flexibilitat de l'espai de suport i la geometria interna dels paquets de tubs de PTFE permet que aquests intercanviadors s'ajustin per a serveis difícils de baix flux on els dissenys tradicionals fallen.

En el disseny de sistemes tèrmics, l'opció més eficient no sempre és la que empeny més el fluid. De vegades, el millor rendiment és impulsar suaument i constantment el flux en la direcció que vol anar.