LMTD ที่กำหนดหน้าที่การทำความเย็น
สายการผลิตอโนไดซ์แข็งประเภท III ที่ทำงานที่ 2 องศาต้องใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อขจัดความร้อนจากปฏิกิริยา 50 กิโลวัตต์ การจ่ายน้ำเย็นอยู่ที่ −2 องศา และการไหลย้อนกลับอยู่ที่ 2 องศา ของเหลวในกระบวนการจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ 4 องศา และทิ้งไว้ที่ 2 องศา
สำหรับการจัดกระแสแบบนับ- ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองด้านคือ: ปลายร้อน (ทางเข้ากระบวนการ 4 องศา − ทางออกน้ำเย็น 2 องศา )=2 องศา และปลายเย็น (ทางออกของกระบวนการ 2 องศา − ทางเข้าน้ำเย็น −2 องศา )=4 องศา LMTD คำนวณจากค่าทั้งสองนี้ และมีค่าประมาณ 2.9 องศา
LMTD ที่ 2.9 องศานั้นน้อยมาก สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีค่าสัมประสิทธิ์โดยรวม 200 W/m²·K และภาระความร้อน 50 kW พื้นที่ผิวที่ต้องการคือ 86 m² นี่คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีขนาดใหญ่มากและต้นทุนเงินทุนก็สูงมาก
LMTD ขนาดเล็กคือข้อจำกัดที่กำหนดของการระบายความร้อนแบบอโนไดซ์แบบแข็ง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะถ่ายเทความร้อนข้ามอุณหภูมิที่แตกต่างกันเล็กน้อย และความต้องการพื้นที่ผิวจะขับเคลื่อนต้นทุนต้นทุนและปริมาณการใช้
เหตุใด LMTD จึงมีขนาดเล็กในบริการอโนไดซ์
LMTD มีขนาดเล็กในบริการอโนไดซ์ด้วยเหตุผลสามประการ
ขั้นแรก อุณหภูมิกระบวนการต่ำ การทำอโนไดซ์แบบแข็งประเภทที่ 3 จะทำงานที่ 0–5 องศา และการทำอโนไดซ์ด้วยซัลฟิวริกประเภท II จะทำงานที่ 20–22 องศา อุณหภูมิกระบวนการต่ำจำกัดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกระบวนการและน้ำเย็น
ประการที่สอง อุณหภูมิของน้ำเย็นจะถูกจำกัดโดยระบบทำความเย็น การจ่ายน้ำเย็นโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 5–7 องศาสำหรับการอโนไดซ์แบบ Type II และที่ -5 ถึง 0 องศาสำหรับการอโนไดซ์แบบแข็ง Type III ไม่สามารถลดอุณหภูมิของแหล่งจ่ายได้อย่างไม่มีกำหนด เนื่องจากประสิทธิภาพของระบบทำความเย็นลดลงและความเสี่ยงที่จะเกิดการแช่แข็งเพิ่มขึ้น
ประการที่สาม ความทนทานต่ออุณหภูมิของกระบวนการนั้นเข้มงวด อัตราการเกิดปฏิกิริยาอโนไดซ์และคุณสมบัติการเคลือบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และโดยทั่วไปความคลาดเคลื่อนจะอยู่ที่ ±1 องศา พิกัดความเผื่อที่เข้มงวดจะจำกัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของของไหลในกระบวนการทั่วตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งจะช่วยลด LMTD
LMTD ในอโนไดซ์กรดซัลฟิวริก Type II
การอโนไดซ์ด้วยกรดซัลฟิวริก Type II ทำงานที่ 20–22 องศา โดยมีความทนทานต่อ ±1 องศา โดยทั่วไปปริมาณน้ำเย็นจะอยู่ที่ 10–12 องศา และอุณหภูมิที่ไหลกลับจะอยู่ที่ 15–17 องศา ของเหลวในกระบวนการจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ 22 องศา และออกไปที่ 20 องศา
สำหรับการจัดกระแสแบบนับ- ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองด้านคือ: ปลายร้อน (ทางเข้ากระบวนการ 22 องศา − ทางออกน้ำเย็น 17 องศา )=5 องศา และปลายเย็น (ทางออกของกระบวนการ 20 องศา − ทางเข้าน้ำเย็น 10 องศา )=10 องศา LMTD อยู่ที่ประมาณ 7.2 องศา
LMTD ที่ 7.2 องศานั้นใหญ่กว่าเคสอโนไดซ์แบบแข็ง แต่ก็ยังเล็กเมื่อเทียบกับการใช้งานแลกเปลี่ยนความร้อนทั่วไป สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีค่าสัมประสิทธิ์โดยรวม 200 W/m²·K และภาระความร้อน 50 kW พื้นที่ผิวที่ต้องการคือ 35 m²
LMTD ใน Type III Hard Anodizing
การทำอโนไดซ์แบบแข็ง Type III ทำงานที่ 0–5 องศา โดยมีพิกัดความเผื่อ ±0.5 องศา โดยทั่วไปปริมาณน้ำเย็นจะอยู่ที่ -5 ถึง 0 องศา และค่าส่งคืนอยู่ที่ 0–3 องศา ของเหลวในกระบวนการจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ 4 องศา และทิ้งไว้ที่ 2 องศา
สำหรับการจัดกระแสแบบนับ- ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองด้านคือ: ปลายร้อน (ทางเข้ากระบวนการ 4 องศา − ทางออกน้ำเย็น 3 องศา )=1 องศา และปลายเย็น (ทางออกของกระบวนการ 2 องศา − ทางเข้าน้ำเย็น −5 องศา )=7 องศา LMTD อยู่ที่ประมาณ 3.2 องศา
LMTD 3.2 องศามีขนาดเล็กมาก สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีค่าสัมประสิทธิ์โดยรวม 200 W/m²·K และภาระความร้อน 50 kW พื้นที่ผิวที่ต้องการคือ 78 m²
ผลของการจัดกระแสต่อ LMTD
การจัดโฟลว์ส่งผลต่อ LMTD การจัดเรียงการไหลสวนทาง-จะให้ LMTD ที่ใหญ่ที่สุดสำหรับชุดอุณหภูมิทางเข้าและทางออกที่กำหนด การจัดเรียงการไหลแบบขนาน-จะให้ LMTD ที่เล็กที่สุด การจัดเรียงการไหลข้าม-ให้ LMTD ระดับกลาง
สำหรับบริการอโนไดซ์ ควรใช้การจัดเคาน์เตอร์-การไหลย้อน เนื่องจากจะเพิ่ม LMTD สูงสุดและลดพื้นที่ผิวที่ต้องการให้เหลือน้อยที่สุด การจัดเรียงการไหลสวนทาง-มีความสำคัญอย่างยิ่งในการให้บริการชุบอโนไดซ์แบบแข็ง โดยที่ LMTD มีขนาดเล็กมากและความต้องการพื้นที่ผิวสูง
การเปรียบเทียบค่า LMTD สำหรับสภาวะอโนไดซ์ที่ต่างกัน
ตารางต่อไปนี้สรุป LMTD และพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับสภาวะอโนไดซ์ที่แตกต่างกัน โดยมีภาระความร้อน 50 kW และค่าสัมประสิทธิ์โดยรวม 200 W/m²·K
| ประเภทอโนไดซ์ | อุณหภูมิกระบวนการ | การจัดหาน้ำเย็น | น้ำเย็นกลับ | กระบวนการ ∆T | แอลเอ็มทีดี | พื้นที่ผิวที่ต้องการ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ประเภท II โหลดต่ำ | 22 องศา | 12 องศา | 16 องศา | 1 องศา | 8.5 องศา | 29 m² |
| ประเภท II โหลดปานกลาง | 22 องศา | 10 องศา | 15 องศา | 2 องศา | 7.2 องศา | 35 m² |
| ประเภท II โหลดสูง | 22 องศา | 8 องศา | 14 องศา | 3 องศา | 6.1 องศา | 41 m² |
| ประเภทที่ 3 โหลดต่ำ | 4 องศา | 0 องศา | 2 องศา | 1 องศา | 3.5 องศา | 71 m² |
| ประเภทที่ 3 โหลดปานกลาง | 4 องศา | −2 องศา | 2 องศา | 2 องศา | 2.9 องศา | 86 m² |
| ประเภทที่ 3 โหลดสูง | 4 องศา | −5 องศา | 2 องศา | 3 องศา | 2.4 องศา | 104 m² |
| ประเภทที่ 3 โหลดสูงมาก | 4 องศา | −8 องศา | 2 องศา | 4 องศา | 2.0 องศา | 125 m² |
ค่าพื้นที่ผิวที่ต้องการจะใช้การจัดเรียงตัวนับ-และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมที่ 200 วัตต์/ตร.ม.K พื้นที่ผิวจริงจะขึ้นอยู่กับวัสดุของท่อ ความหนาของผนัง และความเร็วการไหล
ขีดจำกัดในทางปฏิบัติของ LMTD ในบริการอโนไดซ์
ขีดจำกัดในทางปฏิบัติของ LMTD ในการให้บริการชุบอโนไดซ์ถูกกำหนดโดยการแลกเปลี่ยน-ระหว่างขนาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและต้นทุนการทำความเย็น LMTD ที่เล็กกว่าต้องใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใหญ่กว่า แต่ช่วยให้อุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นสูงขึ้น ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการทำความเย็น LMTD ที่ใหญ่ขึ้นช่วยให้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมีขนาดเล็กลง แต่ต้องใช้อุณหภูมิการจ่ายน้ำเย็นที่ต่ำกว่า ซึ่งจะทำให้ต้นทุนการทำความเย็นเพิ่มขึ้น
สำหรับการอโนไดซ์ด้วยกรดซัลฟิวริก Type II ช่วง LMTD ในทางปฏิบัติคือ 6–10 องศา ต่ำกว่า 6 องศา ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีขนาดใหญ่จนใช้งานไม่ได้ สูงกว่า 10 องศา อุณหภูมิของแหล่งจ่ายน้ำเย็นสูงเกินไปที่จะให้ความเย็นที่เพียงพอ
สำหรับการอโนไดซ์แบบแข็ง Type III ช่วง LMTD ในทางปฏิบัติคือ 2–5 องศา ต่ำกว่า 2 องศา ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีขนาดใหญ่จนใช้งานไม่ได้ สูงกว่า 5 องศา อุณหภูมิของน้ำเย็นสูงเกินไปที่จะรักษาอุณหภูมิของกระบวนการ
คุณสมบัติการออกแบบที่ช่วยให้ LMTD เล็กลง
คุณสมบัติการออกแบบหลายประการช่วยให้ LMTD เล็กลงโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมากเกินไป
วัสดุท่อนำไฟฟ้าที่สูงขึ้นสารประกอบ PTFE แบบเติมที่มีค่าการนำความร้อน 0.5 W/m·K มีความต้านทานความร้อนที่ผนังครึ่งหนึ่งของ PTFE บริสุทธิ์ ซึ่งจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม และลดพื้นที่ผิวที่ต้องการ
ผนังท่อบางกว่าผนังที่บางลงจะช่วยลดความต้านทานความร้อนและเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์โดยรวม ผนัง 0.5 มม. มีความต้านทานความร้อนครึ่งหนึ่งของผนัง 1.0 มม.
ความเร็วการไหลที่สูงขึ้นความเร็วการไหลที่สูงขึ้นจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ฟิล์มทั้งสองด้านของผนังท่อ ซึ่งจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์โดยรวมและลดพื้นที่ผิวที่ต้องการ
ปรับปรุงพื้นผิวท่อพื้นผิวท่อที่มีครีบหรือร่องจะเพิ่มพื้นที่ผิวต่อความยาวหน่วยและค่าสัมประสิทธิ์ฟิล์ม ซึ่งช่วยให้ LMTD มีขนาดเล็กลง
ความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้นตลอดทั้งกระบวนการการปล่อยให้ของเหลวในกระบวนการเพิ่มขึ้นหรือลดลงในปริมาณที่มากขึ้นทั่วทั้งตัวแลกเปลี่ยนความร้อน LMTD จะเพิ่มขึ้น ความทนทานต่ออุณหภูมิของกระบวนการจำกัดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่อนุญาต
การกำหนดค่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแยกส่วนการแบ่งภาระความร้อนระหว่างตัวแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเล็กสองตัวช่วยให้แต่ละยูนิตทำงานที่ LMTD น้อยลง โดยไม่ต้องลดพื้นที่สำหรับยูนิตขนาดใหญ่ตัวเดียว
พารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะสำหรับบริการอโนไดซ์
วิศวกรอุปกรณ์ที่ระบุตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำหรับบริการอโนไดซ์ควรยืนยันพารามิเตอร์ต่อไปนี้กับซัพพลายเออร์
ประเภทอโนไดซ์ระบุอโนไดซ์ Type II หรือ Type III และอุณหภูมิกระบวนการ
ทนต่ออุณหภูมิในกระบวนการระบุความแปรผันของอุณหภูมิที่อนุญาตในอ่างกระบวนการ
อุณหภูมิการจ่ายน้ำเย็นระบุอุณหภูมิการจ่ายน้ำเย็นและอัตราการไหลที่มีอยู่
อุณหภูมิย้อนกลับของน้ำเย็นระบุอุณหภูมิส่งคืนน้ำเย็นสูงสุดที่อนุญาต
โหลดความร้อนระบุภาระความร้อนและช่วงที่คาดหวัง
แอลเอ็มทีดี.ระบุ LMTD ตามกระบวนการและอุณหภูมิของน้ำเย็น
พื้นที่ผิวระบุพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับภาระความร้อนและ LMTD
วัสดุท่อระบุวัสดุท่อตามค่าสัมประสิทธิ์โดยรวมที่ต้องการและอุณหภูมิผนัง
การจัดกระแสระบุการจัดกระแส แนะนำให้ใช้การสวนทาง-สำหรับ LMTD สูงสุด
การจับคู่ LMTD กับข้อกำหนดกระบวนการอโนไดซ์
LMTD กำหนดพื้นที่ผิวที่ต้องการและความเป็นไปได้ของหน้าที่การทำความเย็นในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำหรับบริการอโนไดซ์ LMTD ที่เล็กกว่าต้องใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใหญ่กว่า แต่ช่วยให้อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นสูงขึ้นและต้นทุนการทำความเย็นลดลง LMTD ที่ใหญ่ขึ้นช่วยให้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมีขนาดเล็กลง แต่ต้องใช้อุณหภูมิการจ่ายน้ำเย็นที่ต่ำกว่าและต้นทุนการทำความเย็นที่สูงขึ้น
ควรเลือก LMTD ตามอุณหภูมิของกระบวนการ อุณหภูมิของน้ำเย็น ปริมาณความร้อน และข้อจำกัดของพื้นที่ แบบจำลองสเปรดชีตอย่างง่ายพร้อมการคำนวณการถ่ายเทความร้อนและข้อมูลต้นทุนจะให้ข้อมูลที่จำเป็นในการเลือก LMTD ที่เหมาะสมที่สุด
สำหรับสายอโนไดซ์ที่ประเมินตัวเลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ควรระบุ LMTD ในเอกสารการจัดซื้อและตรวจสอบเมื่อเริ่มดำเนินการ การกำหนดค่าเริ่มต้นที่ผู้ผลิตมอบให้อาจได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อความกะทัดรัดมากกว่าการประหยัดพลังงาน และผลลัพธ์ LMTD อาจไม่ตรงกับข้อกำหนดของกระบวนการจริง
วิศวกรอุปกรณ์และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อที่ประเมินข้อกำหนดเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำหรับการชุบอโนไดซ์หรือบริการทำความเย็นที่อุณหภูมิต่ำ-อื่นๆ สามารถขอการตรวจสอบการออกแบบที่ครอบคลุมประเภทการชุบอโนไดซ์ อุณหภูมิของกระบวนการ อุณหภูมิของน้ำเย็น ปริมาณความร้อน LMTD และพื้นที่ผิว เพื่อยืนยันว่าหน่วยนั้นสอดคล้องกับข้อกำหนดของกระบวนการจริงและโครงสร้างต้นทุนของโรงงาน
