ตัวเลือกการกำหนดค่าโฟลว์
ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก PTFE-และ-แบบท่อในวงจรหมุนเวียนแบบบังคับสามารถจัดเรียงเป็นการไหลสวนทาง- (ประมวลผลการไหลของของไหลและไอน้ำในทิศทางตรงกันข้าม) หรือการไหลแบบขนาน- (ทั้งสองไหลในทิศทางเดียวกัน) การกำหนดค่าส่งผลต่อความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยลอการิทึม โปรไฟล์อุณหภูมิตลอดตัวแลกเปลี่ยน และอุณหภูมิผนังท่อสูงสุด
สำหรับการทำความร้อนส่วนใหญ่ แนะนำให้ใช้การไหลสวนทาง- เนื่องจากให้ LMTD ที่สูงกว่าสำหรับอุณหภูมิทางเข้าและทางออกที่เท่ากัน ของไหลในกระบวนการจะออกมาที่อุณหภูมิใกล้กับอุณหภูมิทางเข้าของไอน้ำ ซึ่งจะทำให้การนำความร้อนกลับมาใช้ได้สูงสุด อย่างไรก็ตาม การไหลแบบขนาน-มีข้อดีเมื่อจำเป็นต้องจำกัดอุณหภูมิผนังท่อสูงสุด-ของเหลวในกระบวนการที่ร้อนที่สุดสัมผัสกับไอน้ำที่ร้อนที่สุดที่ปลายด้านเดียวกัน ดังนั้นอุณหภูมิผนังจึงสม่ำเสมอมากขึ้นตามความยาวของท่อ
สำหรับตัวแลกเปลี่ยน PTFE ซึ่งอุณหภูมิผนังสูงสุดเป็นข้อกังวลต่ออายุการคืบ ทางเลือกระหว่าง-การไหลสวนทางและการไหลแบบขนาน-จะเกี่ยวข้องกับการ-การแลกเปลี่ยนระหว่างประสิทธิภาพการระบายความร้อนและอายุการใช้งานเชิงกล
การเปรียบเทียบ LMTD
LMTD สำหรับการไหลของตัวนับ-คือ: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2) โดยที่ ΔT1 คือความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายด้านหนึ่ง (ทางเข้าไอน้ำ - ทางออกของกระบวนการ) และ ΔT2 คือความแตกต่างที่ปลายอีกด้านหนึ่ง (ทางออกของไอน้ำ - ทางเข้าของกระบวนการ)
สำหรับการไหลแบบขนาน-: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2) โดยที่ ΔT1 คือความแตกต่างที่ปลายทางเข้า (ทางเข้าไอน้ำ - ทางเข้ากระบวนการ) และ ΔT2 คือความแตกต่างที่ปลายทางออก (ทางออกของไอน้ำ - ทางออก)
สำหรับของเหลวในกระบวนการที่ให้ความร้อนตั้งแต่ 20 องศาถึง 60 องศาโดยใช้ไอน้ำอิ่มตัว 3 barg ที่ 143 องศา LMTD สำหรับการไหลสวนทาง-จะอยู่ที่ประมาณ 101 องศา สำหรับการไหลแบบขนาน- จะมีค่าประมาณ 96 องศา ความแตกต่าง 5% หมายความว่า-เครื่องแลกเปลี่ยนการไหลแบบเคาน์เตอร์ต้องการพื้นที่ผิวน้อยลง 5% สำหรับหน้าที่เดียวกัน- ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเล็กน้อยแต่แท้จริง
| พารามิเตอร์ | ตอบโต้-การไหล | ขนาน-ไหลลื่น |
|---|---|---|
| อุณหภูมิขาเข้าของกระบวนการ | 20 องศา | 20 องศา |
| ประมวลผลอุณหภูมิทางออก | 60 องศา | 60 องศา |
| อุณหภูมิไอน้ำ (คงที่) | 143 องศา | 143 องศา |
| แอลเอ็มทีดี | 101 องศา | 96 องศา |
| พื้นที่ผิวสัมพัทธ์สำหรับหน้าที่เดียวกัน | 0.95 (เล็กกว่า) | 1.00 (พื้นฐาน) |
| อุณหภูมิผนังท่อสูงสุด | 143 องศาที่ปลายทางออกของกระบวนการ | 143 องศาที่ปลายทางเข้ากระบวนการ |
| ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิผนัง | แตกต่างกันไปตามท่อ | มีความสม่ำเสมอมากขึ้น |
การพิจารณาอุณหภูมิผนังสำหรับ PTFE
ในตัวแลกเปลี่ยนการไหลแบบสวนทาง- ผนังท่อจะร้อนที่สุดที่ปลายทางออกของกระบวนการ โดยที่ไอน้ำ 143 องศาสัมผัสกับของเหลวในกระบวนการ 60 องศา อุณหภูมิผนังท้องถิ่นเข้าใกล้ 140 องศา ทำให้เกิดการคืบคลานในอัตราสูงในส่วนนั้นของท่อ
ในตัวแลกเปลี่ยนการไหลแบบขนาน- ไอน้ำ 143 องศาจะสัมผัสกับของเหลวในกระบวนการขาเข้า 20 องศาที่ปลายทางเข้า ความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงทำให้เกิดฟลักซ์ความร้อนสูง แต่จริงๆ แล้วอุณหภูมิผนังต่ำกว่าในกรณีการไหลย้อน- เนื่องจากของไหลในกระบวนการเย็นจะทำให้ผนังท่อเย็นลงอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อุณหภูมิผนังจะสม่ำเสมอมากขึ้นตามความยาวของท่อ-ทั้งไอน้ำและของไหลในกระบวนการจะเย็นลงพร้อมกันขณะเดินทางผ่านเครื่องแลกเปลี่ยน
สำหรับท่อ PTFE ที่ทำงานใกล้ขีดจำกัดอุณหภูมิ การไหลแบบขนาน-สามารถช่วยลดอุณหภูมิผนังสูงสุดได้เล็กน้อย ซึ่งช่วยยืดอายุการคืบ ประโยชน์ที่ได้จะมีเพียงเล็กน้อยสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่- การลดอุณหภูมิผนัง 5-10 องศา แต่สำหรับตัวแลกเปลี่ยนที่ทำงานที่ปลายด้านบนของช่วงอุณหภูมิ PTFE (สูงกว่า 150 องศา ) การลดลงอาจมีนัยสำคัญต่ออายุการใช้งาน
คำแนะนำ
สำหรับการใช้งานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ส่วนใหญ่ การไหลสวนทาง-คือการกำหนดค่าที่แนะนำ ความได้เปรียบของพื้นที่ผิว 5% ช่วยลดขนาดและต้นทุนของตัวแลกเปลี่ยน ความแตกต่างของอุณหภูมิผนังระหว่างการกำหนดค่าทั้งสองมีค่าน้อยที่อุณหภูมิการทำงานทั่วไป (ต่ำกว่า 150 องศา)
สำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิไอน้ำสูงกว่า 150 องศา ซึ่งอายุการคืบเป็นข้อจำกัดในการออกแบบหลัก ควรพิจารณาการไหลแบบขนาน- อุณหภูมิผนังที่สม่ำเสมอมากขึ้นจะช่วยลดอัตราการคืบสูงสุดที่ส่วนที่ร้อนที่สุดของท่อ ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานโดยรวม การเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของพื้นที่ผิวที่ต้องการนั้นได้รับการพิสูจน์ด้วยระยะเวลาที่นานขึ้นระหว่างการเปลี่ยนท่อ
สรุป
การกำหนดค่าการไหลสวนทาง-ทำให้ LMTD สูงขึ้น 5% และต้องการพื้นที่ผิวน้อยกว่าการไหลแบบขนาน-สำหรับหน้าที่ให้ความร้อนเท่ากัน เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ส่วนใหญ่ การไหลแบบขนาน-ช่วยลดอุณหภูมิผนังท่อสูงสุดได้เล็กน้อย ซึ่งสามารถยืดอายุการคืบสำหรับตัวแลกเปลี่ยนที่ทำงานที่อุณหภูมิไอน้ำสูงกว่า 150 องศา การเลือกนี้จะรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพเชิงความร้อนกับอายุการใช้งานเชิงกล
การสนับสนุนทางวิศวกรรมสำหรับการเลือกการกำหนดค่าการไหลของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE นั้นมีให้เมื่อส่งอุณหภูมิของเหลวในกระบวนการ แรงดันไอน้ำ และอายุการใช้งานที่ต้องการ
