Valet av flödeskonfiguration
En PTFE-skal-och-rörvärmeväxlare i en forcerad cirkulationsslinga kan arrangeras i mot-flöde (processvätska och ångflöde i motsatta riktningar) eller parallellt-flöde (båda strömmar i samma riktning). Konfigurationen påverkar den logaritmiska medeltemperaturskillnaden, temperaturprofilen längs växlaren och den maximala rörväggstemperaturen.
För de flesta värmeapplikationer är motflöde att föredra eftersom det ger en högre LMTD för samma inlopps- och utloppstemperaturer. Processvätskan kommer ut vid en temperatur som närmar sig ånginloppstemperaturen, vilket maximerar värmeåtervinningen. Parallellt-flöde har dock fördelar när det finns ett behov av att begränsa den maximala rörväggstemperaturen-den hetaste processvätskan kommer i kontakt med den hetaste ångan i samma ände, så väggtemperaturen är mer enhetlig längs rörets längd.
För PTFE-växlare, där den maximala väggtemperaturen är ett bekymmer för kryptiden, innebär valet mellan mot-flöde och parallellt-flöde en avvägning- mellan termisk prestanda och mekanisk livslängd.
LMTD-jämförelsen
LMTD för mot-flöde är: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), där ΔT1 är temperaturskillnaden i ena änden (ånginlopp - processutlopp) och ΔT2 är skillnaden i den andra änden utlopp} i processen {{1}.
För parallellt-flöde: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), där ΔT1 är skillnaden vid inloppsänden (ånginlopp - processinlopp) och ΔT2 är skillnaden vid utloppsänden (ångutgångsprocessen -).
För en processvätska som värms upp från 20 grader till 60 grader med 3 barg mättad ånga vid 143 grader är LMTD för motflöde ungefär 101 grader. För parallellt-flöde är det ungefär 96 grader . Skillnaden på 5 % innebär att en motflödesväxlare kräver 5 % mindre yta för samma drift-en blygsam men verklig fördel.
| Parameter | Mot-flöde | Parallellt-flöde |
|---|---|---|
| Processinloppstemperatur | 20 grader | 20 grader |
| Processens utloppstemperatur | 60 grader | 60 grader |
| Ångtemperatur (konstant) | 143 grader | 143 grader |
| LMTD | 101 grader | 96 grader |
| Relativ yta för samma arbetsuppgift | 0,95 (mindre) | 1,00 (baslinje) |
| Maximal rörväggstemperatur | 143 grader vid processutloppsänden | 143 grader vid processinloppsänden |
| Väggtemperaturens enhetlighet | Varierar längs röret | Mer enhetlig |
Övervägande av väggtemperatur för PTFE
I en motflödesväxlare- är rörväggen varmast vid processutloppsänden, där 143 graders ångan kommer i kontakt med 60 graders processvätska. Den lokala väggtemperaturen närmar sig 140 grader, vilket driver krypning med hög hastighet i den delen av röret.
I en parallell-flödesväxlare kommer den 143 graders ångan i kontakt med den 20 graders inkommande processvätskan vid inloppsänden. Den stora temperaturskillnaden driver högt värmeflöde, men väggtemperaturen är faktiskt lägre än i motflödesfallet eftersom den kalla processvätskan kyler rörväggen mer effektivt. Väggtemperaturen är mer likformig längs rörets längd-, både ångan och processvätskan svalnar tillsammans när de färdas genom värmeväxlaren.
För PTFE-rör som arbetar nära sin temperaturgräns kan parallellt-flöde ge en blygsam minskning av den maximala väggtemperaturen, vilket förlänger kryptiden. Fördelen är liten för de flesta applikationer-5-10 graders väggtemperatursänkning – men för växlare som arbetar i den övre änden av PTFE-temperaturområdet (över 150 grader), kan minskningen vara betydande för livslängden.
Rekommendationen
För de flesta PTFE-värmeväxlarapplikationer är motflöde den rekommenderade konfigurationen-. Fördelen med 5 % ytarea minskar växlarens storlek och kostnad. Väggtemperaturskillnaden mellan de två konfigurationerna är liten vid typiska driftstemperaturer (under 150 grader).
För applikationer med ångtemperaturer över 150 grader, där kryptiden är en primär designbegränsning, bör parallellt-flöde övervägas. Den mer enhetliga väggtemperaturen minskar den maximala kryphastigheten vid den hetaste delen av röret, vilket förlänger den totala livslängden. Den blygsamma ökningen av erforderlig yta motiveras av den längre tiden mellan rörbyten.
Sammanfattning
Mot-flödeskonfiguration ger en 5 % högre LMTD och kräver mindre yta än parallellt-flöde för samma uppvärmning. Det är det föredragna valet för de flesta PTFE värmeväxlarapplikationer. Parallellt-flöde ger en liten minskning av den maximala rörväggstemperaturen som kan förlänga kryptiden för växlare som arbetar över 150 graders ångtemperatur. Valet balanserar termisk effektivitet mot mekanisk livslängd.
Tekniskt stöd för val av flödeskonfiguration för PTFE-värmeväxlare är tillgängligt vid inlämnande av processvätsketemperaturer, ångtryck och erforderlig livslängd.
