Volba konfigurace toku
Plášťový{0}}a{1}}trubkový výměník tepla z PTFE ve smyčce s nucenou cirkulací může být uspořádán v protiproudém-proudu (proud procesní kapaliny a páry v opačných směrech) nebo paralelním-proudu (oba proudí stejným směrem). Konfigurace ovlivňuje logaritmický střední teplotní rozdíl, teplotní profil podél výměníku a maximální teplotu stěny trubky.
Pro většinu aplikací vytápění je upřednostňován protiproud, protože poskytuje vyšší LMTD pro stejné vstupní a výstupní teploty. Procesní tekutina vystupuje při teplotě blížící se teplotě na vstupu páry, což maximalizuje rekuperaci tepla. Paralelní-proudění má však výhody, když je potřeba omezit maximální teplotu stěny trubky-nejteplejší procesní tekutina se dotýká nejžhavější páry na stejném konci, takže teplota stěny je po délce trubky rovnoměrnější.
U výměníků z PTFE, kde je maximální teplota stěny důležitým faktorem pro životnost při tečení, zahrnuje volba mezi protiproudem a paralelním-proudem kompromis- mezi tepelným výkonem a mechanickou životností.
Srovnání LMTD
LMTD pro protiproud-toku je: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), kde ΔT1 je teplotní rozdíl na jednom konci (vstup páry - procesní výstup) a ΔT2 je rozdíl na druhém konci {0} proces na druhém konci (1s).
Pro paralelní-tok: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), kde ΔT1 je rozdíl na vstupním konci (vstup páry - procesní vstup) a ΔT2 je rozdíl na výstupním konci (výstup páry - procesní výstup).
Pro procesní kapalinu zahřátou z 20 stupňů na 60 stupňů pomocí 3 barg nasycené páry o teplotě 143 stupňů je LMTD pro protiproud-přibližně 101 stupňů. Pro paralelní-proudění je to přibližně 96 stupňů . Rozdíl 5 % znamená, že protiproudový výměník{11} vyžaduje o 5 % menší povrchovou plochu při stejném výkonu-, což je skromná, ale skutečná výhoda.
| Parametr | Counter{0}}Tok | Paralelní-tok |
|---|---|---|
| Vstupní teplota procesu | 20 stupňů | 20 stupňů |
| Výstupní teplota procesu | 60 stupňů | 60 stupňů |
| Teplota páry (konstantní) | 143 stupňů | 143 stupňů |
| LMTD | 101 stupňů | 96 stupňů |
| Relativní plocha pro stejný výkon | 0,95 (menší) | 1,00 (základní hodnota) |
| Maximální teplota stěny trubky | 143 stupňů na konci procesu | 143 stupňů na konci vstupu procesu |
| Rovnoměrnost teploty stěn | Liší se podél trubky | Jednotnější |
Úvaha o teplotě stěny pro PTFE
U protiproudého výměníku je stěna trubky nejžhavější na výstupním konci procesu, kde pára o úhlu 143 stupňů přichází do styku s 60stupňovou procesní kapalinou. Místní teplota stěny se blíží 140 stupňům, což vede k tečení vysokou rychlostí v této části trubky.
V paralelním-průtokovém výměníku se pára o úhlu 143 stupňů dostává do kontaktu s 20stupňovou přicházející procesní kapalinou na vstupním konci. Velký teplotní rozdíl způsobuje vysoký tepelný tok, ale teplota stěny je ve skutečnosti nižší než v případě protiproudu, protože studená procesní kapalina ochlazuje stěnu trubky efektivněji. Teplota stěny je rovnoměrnější po délce trubky-jak pára, tak procesní tekutina se při průchodu výměníkem společně ochlazují.
U PTFE trubic, které pracují blízko jejich teplotního limitu, může paralelní-proudění poskytnout mírné snížení maximální teploty stěny a prodloužit životnost při tečení. Přínos je pro většinu aplikací malý-snížení teploty stěny o 5–10 stupňů – ale u výměníků pracujících na horní hranici teplotního rozsahu PTFE (nad 150 stupňů) může být toto snížení významné pro životnost.
Doporučení
Pro většinu aplikací výměníků tepla z PTFE je doporučená konfigurace-protiproud. Výhoda 5% povrchové plochy snižuje velikost výměníku a náklady. Rozdíl teplot stěn mezi těmito dvěma konfiguracemi je malý při typických provozních teplotách (pod 150 stupňů).
U aplikací s teplotami páry nad 150 stupňů, kde je životnost primárním konstrukčním omezením, je třeba zvážit paralelní-proudění. Rovnoměrnější teplota stěny snižuje maximální rychlost tečení v nejteplejší části trubky, čímž se prodlužuje celková životnost. Mírné zvýšení požadované plochy je odůvodněno delší dobou mezi výměnami trubice.
Shrnutí
Konfigurace proti{0}}proudu poskytuje o 5 % vyšší LMTD a vyžaduje menší povrchovou plochu než paralelní-proud pro stejný topný výkon. Je preferovanou volbou pro většinu aplikací výměníků tepla z PTFE. Paralelní-proudění nabízí malé snížení maximální teploty stěny trubky, což může prodloužit životnost výměníků pracujících nad teplotou páry nad 150 stupňů. Výběr vyvažuje tepelnou účinnost a mechanickou životnost.
Technická podpora pro výběr konfigurace průtoku výměníku tepla PTFE je k dispozici po předložení teplot procesní kapaliny, tlaku páry a požadované životnosti.
