จะปรับเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE สำหรับเครื่องปฏิกรณ์เคมีที่มีความหนืดได้อย่างไร

โรงงานเคมีชนิดพิเศษแห่งหนึ่งดำเนินการเครื่องปฏิกรณ์ที่แปรรูปสารละลายโพลีเมอร์ที่มีความหนืดประมาณ 15,000 mPa·s ที่อุณหภูมิใช้งาน เครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ที่มีอยู่เดิมทำงานล้มเหลวหลังจากผ่านไปสี่เดือน ปลอกหุ้มมีแถบนุ่มเป็นพุพองตลอดส่วนที่ได้รับความร้อนด้านล่าง และความต้านทานของฉนวนลดลงต่ำกว่า 8 MΩ เครื่องปฏิกรณ์ไม่ปั่นป่วนในความหมายทั่วไป-แต่ใช้เครื่องกวนแบบพายช้าๆ เพื่อเคลื่อนของเหลวที่มีความหนืดอย่างนุ่มนวล แต่ไม่สร้างกระแสปั่นป่วนที่ปลอกเครื่องทำความร้อน

ของเหลวหนืดโดยพื้นฐานแล้วจะแตกต่างจากอ่างน้ำ-ในลักษณะการถ่ายเทความร้อน ชั้นขอบเขตที่ปลอกฮีทเตอร์มีความหนาและมั่นคง การพาความร้อนตามธรรมชาติอ่อนแอ ความร้อนที่เกิดจากเครื่องทำความร้อนไม่สามารถระบายออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และอุณหภูมิของปลอกหุ้มก็สูงกว่าอุณหภูมิของเหลวที่เทกองมาก

ปัญหาการถ่ายเทความร้อนในของไหลหนืด

ในของเหลวหนืด ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนต่ำ สำหรับของเหลวที่มีความหนืด 100 เท่าของน้ำ ค่าสัมประสิทธิ์อาจเป็น 10–20% ของค่าน้ำ ความแตกต่างของอุณหภูมิที่จำเป็นในการถ่ายโอนฟลักซ์ความร้อนที่กำหนดจะสูงขึ้นตามลำดับ

สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ที่ทำงานที่ 1.0 วัตต์/ซม.² ในของเหลวหนืด ช่องว่างอุณหภูมิของปลอก-ถึง-มวลสามารถอยู่ที่ 40–60 องศา ในอ่างน้ำ-ที่มีความหนาแน่นวัตต์เท่ากัน ช่องว่างคือ 12–18 องศา ช่องว่างที่สูงกว่าหมายถึงปลอกทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่ามากสำหรับอุณหภูมิรวมที่เท่ากัน

การถ่ายเทความร้อนและความหนาแน่นของวัตต์ที่ปลอดภัยสำหรับของเหลวที่มีความหนืด

การปรับเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนสำหรับบริการที่มีความหนืด

ต้องดัดแปลงเครื่องทำความร้อนเพื่อให้ทำงานได้อย่างปลอดภัยในของเหลวหนืด การปรับเปลี่ยนนี้ระบุปัจจัยสามประการที่กำหนดอุณหภูมิของปลอก: ความหนาแน่นของวัตต์ พื้นที่ผิว และการไหล

ความหนาแน่นของวัตต์จะต้องลดลงให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัยสำหรับความหนืดของของเหลว สำหรับสารละลายโพลีเมอร์ที่มีความหนืดมากกว่าน้ำ 100 เท่า ความหนาแน่นของวัตต์ที่ปลอดภัยคือ 0.6–0.9 วัตต์/ซม.² ซึ่งต้องใช้พื้นที่ผิวมากขึ้นสำหรับวัตต์เท่าเดิม

พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นสามารถทำได้ผ่านการกำหนดค่าแบบหลาย-หรือแบบขยาย เครื่องทำความร้อนที่จะรวมตัวเป็นก้อนขนาดกะทัดรัดในน้ำจะกลายเป็นองค์ประกอบที่กระจายยาวในของเหลวที่มีความหนืด

ต้องปรับปรุงการไหลที่ฝัก เครื่องกวนแบบหมุนช้าไม่สร้างการไหลที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน ท่อนำไฟฟ้าเฉพาะหรือปั๊มหมุนเวียนขนาดเล็กสามารถไหลผ่านปลอกโดยตรง ช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขตและลดอุณหภูมิของปลอกลง

การปรับเปลี่ยนการให้บริการที่มีความหนืดและผลกระทบต่ออุณหภูมิของฝัก

ความท้าทายเรขาคณิตเครื่องปฏิกรณ์

เครื่องปฏิกรณ์เคมีมักจะมีรูปทรงที่แตกต่างจากถังชุบ เครื่องปฏิกรณ์อาจมีรูปทรงกระบอกโดยมีโดมด้านบนและด้านล่าง พร้อมด้วยแกนเครื่องกวนกลางและแผ่นกั้น พื้นที่ว่างสำหรับเครื่องทำความร้อนนั้นจำกัดอยู่ที่บริเวณวงแหวนระหว่างเครื่องกวนและผนังถัง

เครื่องทำความร้อนแบบหลาย-ที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่อาจไม่พอดีกับพื้นที่วงแหวน เครื่องทำความร้อนต้องได้รับการออกแบบให้เป็นไปตามความโค้งของผนังถังหรือเพื่อให้พอดีกับพื้นที่ว่างโดยไม่รบกวนเครื่องกวน

รูปทรงเครื่องปฏิกรณ์และโครงร่างเครื่องทำความร้อน

เมื่อไม่สามารถดัดแปลงฮีตเตอร์มาตรฐานได้

หากเครื่องปฏิกรณ์ไม่สามารถรองรับพื้นที่ผิวที่จำเป็นสำหรับความหนาแน่นของวัตต์ต่ำได้ ทางเลือกคือลดกำลังไฟ ยอมรับอายุการใช้งานที่สั้นลง หรือใช้วิธีการทำความร้อนแบบอื่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกอาจเหมาะสมกับการใช้งานที่มีความหนืดมากกว่า เนื่องจากสามารถให้พื้นที่ผิวได้มากกว่าในปริมาตรที่น้อยกว่า

เมื่อจำเป็นต้องมีการกำหนดค่าแบบกำหนดเอง

การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE แบบกำหนดเองที่มีความหนาแน่นวัตต์ต่ำ พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และการเพิ่มการไหล ได้รับการออกแบบมาสำหรับบริการเครื่องปฏิกรณ์ที่มีความหนืด กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้ความหนืดของของไหลที่อุณหภูมิใช้งาน ขนาดเครื่องปฏิกรณ์ ประเภทและความเร็วของเครื่องกวน กำลังไฟฟ้าที่ต้องการ และข้อกำหนดด้านความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ