Com dimensionar un escalfador de PTFE per a un tanc amb un agitador d'hèlix{0}}muntat lateral?

Un agitador d'hèlix muntat-lateralment crea un fort corrent horitzontal de líquid, que flueix al voltant del dipòsit com un riu. Un escalfador d'immersió en PTFE immers en aquest moviment fluït pot dissipar la calor de manera molt més eficaç que un que funciona en un dipòsit quielent. Però l'escalfador s'ha de col·locar correctament en aquest flux circulant, en el flux ràpid i entrant just abans que l'hèlix estiri el líquid cap a dins.

En la dificultat d'enginyeria de dimensionar els sistemes agitadors d'hèlix laterals de l'escalfador de PTFE, l'agitador és més que un dispositiu de mescla. Pren una part activa en el mecanisme de refrigeració de l'escalfador. L'agitador i l'escalfador s'integren correctament per oferir un rendiment tèrmic espectacularment millorat mentre es mantenen les temperatures de la funda de PTFE.

Per què l'agitació afecta la mida de l'escalfador
L'escalfador d'immersió de PTFE transmet energia al líquid per convecció a la superfície de la funda.

En una piscina immòbil:

El principal mitjà de transport de calor és per convecció natural

Un líquid càlid es desprenia lentament de la beina

Es substitueix lentament per un líquid més fred

La refrigeració superficial encara és limitada

Els escalfadors de PTFE s'han de fer funcionar a densitats de watts conservadores en aquestes condicions per evitar que la funda superi el seu límit de temperatura pràctic d'uns 110 graus en servei d'immersió.

Una hèlix afegida al costat afecta significativament aquesta imatge tèrmica.

La convecció forçada millora la transferència de calor.
L'hèlix mou activament el líquid a través de la superfície de l'escalfador i, per tant, produeix convecció forçada.

Major velocitat del fluid
Augment de la velocitat del líquid:

Les capes límit són més fines

La calor s'emporta més ràpidament

Refrigeració superficial millorada

Risc reduït de sobreescalfament local

El coeficient de transferència de calor augmenta significativament quan es força el flux.

Número de Reynolds per al rendiment tèrmic
El coeficient de transferència de calor per a la convecció forçada es veu significativament afectat pel nombre de Reynolds.

El nombre de Reynolds creix amb:

Majors velocitats del fluid

Mides característiques més grans

Fluid de menor viscositat

L'augment de la velocitat de l'agitador augmenta l'agitació del fluid que envolta l'escalfador, augmentant així la turbulència i la barreja i millorant l'evacuació de la calor de la funda de PTFE.

Aquesta capacitat de refrigeració millorada permet augmentar la càrrega de l'escalfador sense violar les limitacions de temperatura de la funda segura.

Augment de la capacitat de densitat de watts
Un dels principals avantatges dels agitadors-de muntatge lateral és el potencial de millorar la densitat de watts de l'escalfador.

Augment de la densitat típica de watts
L'agitació forçada sovint pot permetre en comparació amb les condicions de convecció natural:

Densitat de watts permesa entre un 20% i un 50% més alta

L'augment precís depèn de

Propietats dels fluids

Velocitat del corrent

Geometria de tancs

Ubicació de l'escalfador

Disseny de l'agitador

Aquesta càrrega permesa més gran pot disminuir:

Mida de l'escalfador

Nombre d'elements necessaris

Peu d'instal·lació

Complexitat elèctrica.

Deixa que el present faci la tasca de refredar la funda.

La importància de la ubicació del vostre escalfador
La regla més important en un sistema d'agitador d'hèlix lateral de mida d'un escalfador de PTFE és la ubicació correcta.

La qualitat de refrigeració és diferent en totes les seccions del flux dins del dipòsit.

Millor posició: davant de l'entrada de l'hèlix
On és el millor lloc per a un escalfador?

A la paret del dipòsit

Just per sobre de la ingesta de l'atrezzo

A la regió de flux entrant més fort

Aquesta àrea abasta generalment:

Velocitat constant del fluid

Refrigeració uniforme.

Moviment direccional constant

Màxima eficiència convectiva

El flux entrant escombra constantment el líquid més fred per la superfície de calefacció abans d'entrar a les pales de l'agitador.

Això condueix a un refredament de la funda altament eficient i previsible.

La zona de descàrrega: per què hauríeu de mantenir-vos fora
La regió de descàrrega de l'hèlix pot semblar activa, però sol ser un mal lloc per localitzar un escalfador.

Reptes en el corrent de descàrrega
La zona de descàrrega normalment consta de:

Remolins turbulents i

Recirculació giratòria

Fluctuacions en la velocitat

Vibracions mecàniques

Aquestes condicions de flux inestables poden provocar:

Escalfament de la funda no-uniforme

Punts d'interès locals

Càrregues hidrodinàmiques en oscil·lació

Fatiga per vibracions

La tensió mecànica repetida dels escalfadors de PTFE directament al corrent de descàrrega pot conduir a una vida útil més curta.

Estimació de la velocitat del flux
S'ha d'estimar la velocitat del líquid a la posició de l'escalfador per poder dimensionar correctament l'escalfador.

Mètodes per a l'estimació de la velocitat
La velocitat del flux de l'agitador es pot determinar a partir de:

Diàmetre de l'hèlix

Velocitat de rotació (rpm)

Pas de l'hèlix

Geometries de tancs

Avaluació Per ser més precisos, pot incloure:

Dinàmica de fluids computacional (CFD)

Sondes de mesura de cabal

Prova de colorants

Corbes de rendiment del fabricant

Estimacions de velocitat més precises generen confiança en els càlculs de densitat de watts permesos.

Requisits de suport mecànic
Un escalfador amb flux forçat està sotmès a una càrrega hidrodinàmica contínua.

Enfortiment d'estructures
L'estructura de suport s'ha de dissenyar per resistir:

Força d'arrossegament constant.

Vibracions-induïdes del flux

Tensió mecànica (cíclica)

Càrrega-par

Les accions de suport comunes inclouen:

Suports de muntatge reforçats

Tirants{0}}creuats

Separadors resistents a vibracions

Ancoratges rígids laterals del dipòsit

La vibració a llarg termini en condicions de suport insuficients pot provocar:

Esquerdes per fatiga

Aflojament del muntatge

Mal funcionament elèctric

Danys a la jaqueta de PTFE

Recompte de propietats del fluid
L'eficàcia de la convecció forçada depèn molt del propi fluid del procés.

Fluids de baixa viscositat
Líquids prims com ara:

Aigua.

Àcids, diluït

Solucions per al xapat

responen bé a l'agitació i generen un refredament convectiu considerable.

Fluids d'alta viscositat
Les solucions més viscoses donen lloc a:

Números de baixa Re

Menys cops

Capes límit tèrmiques més gruixudes

En determinats sistemes, l'avantatge de l'agitació es pot reduir i es pot requerir una selecció de densitat de watts més conservadora.

Algunes altres consideracions de disseny
També hi ha alguns aspectes addicionals a tenir en compte en la mida de l'escalfador.

Evitació de la zona de cavitació
L'escalfador no s'ha de col·locar a les zones de cavitació de baixa pressió formades per l'hèlix.

Mantenir la profunditat d'immersió
• Mantenir una cobertura adequada del líquid durant l'agitació i els ajustos del nivell del procés.

Ubicació del sensor de temperatura
Els termoparells de control s'han de col·locar en regions de flux mixt representatius i no en contacte directe amb l'escalfador.

Avantatges pràctics dels sistemes d'escalfador agitat
El rendiment de tot el sistema tèrmic es pot millorar molt amb la integració adequada d'un agitador-de muntatge lateral.

Els beneficis inclouen:

Temps d'escalfament més ràpids

temperatura uniforme al dipòsit

Menor petjada de l'escalfador

Millor eficiència energètica

Menor temperatura de la funda

Vida més llarga als calefactors

En conseqüència, la mescla controlada amb un escalfament efectiu sovint proporciona un entorn de procés més estable a l'agregat.

Resum
Un agitador d'hèlix muntat-lateralment pot proporcionar un avantatge tèrmic important en els sistemes d'escalfador d'immersió de PTFE millorant molt la convecció forçada al voltant de la funda de l'escalfador. La velocitat més alta del líquid augmenta el coeficient de transferència de calor i permet densitats de watts molt més altes que les que seria segur en un dipòsit de convecció natural.

El secret de l'èxit és una bona col·locació. Col·locar l'escalfador aigües amunt de l'entrada de l'agitador significa que la funda es troba en un flux d'entrada fort i consistent, que ofereix un refredament efectiu i uniforme. En canvi, la ubicació en el corrent de descàrrega turbulent pot produir problemes de vibració, refrigeració inestable i fatiga mecànica.

En proporcionar una estimació precisa del flux, un suport mecànic robust i una integració acurada entre el mesclador i l'escalfador, el sistema pot funcionar d'una manera més compacta i eficient, tot mantenint les temperatures de funcionament segures de PTFE.

L'escalfador i l'agitador no haurien de ser components competitius per l'espai en un bon disseny del tanc de procés. Els millors sistemes tèrmics són aquells en què la mescla i la calefacció es conceben com una unitat cooperant.