Bagaimana Memilih Diameter Pemanas PFA yang Benar untuk Jarak Penyekat Tangki Tertentu untuk Mempertahankan Kecepatan Bypass Aliran Minimum?

Tangki penyekat digunakan untuk pencampuran, reaksi kimia, dan transmisi panas, dan ruang antara penyekat dan dinding tangki menyediakan saluran bypass aliran. Untuk memastikan perpindahan panas dan mencegah panas berlebih secara lokal, kecepatan aliran harus cukup tinggi melewati pemanas jika pemanas PFA dipasang di saluran ini. Untuk layanan air, pemanas PFA harus memiliki kecepatan bypass aliran minimum 0,3-0,5 m/s untuk menjaga suhu permukaan PFA dalam 10 derajat fluida curah pada kepadatan watt normal (3-5 W/cm2). Untuk jarak penyekat tertentu (jarak antara tepi penyekat dan dinding tangki), diameter pemanas harus dipilih sedemikian rupa sehingga luas penampang saluran bypass di sekitar pemanas cukup besar untuk mempertahankan kecepatan. Aturan: OD pemanas harus kurang dari atau sama dengan 50% lebar celah penyekat. OD pemanas maksimum adalah 50 mm untuk jarak antar baffle 100 mm. OD pemanas maksimum untuk jarak 50 mm adalah 25 mm. Alirannya dibatasi oleh pemanas yang lebih besar, yang menurunkan kecepatan dan menyebabkan panas berlebih.

Perhitungan kecepatan bypass aliran
Kecepatan pada celah penyekat adalah v=Q / A dengan Q laju aliran volumetrik dari agitator atau pompa resirkulasi dan A luas penampang celah yang tidak ditempati oleh penukar panas. W=lebar celah total, D=OD pemanas, H=tinggi tangki (diasumsikan terendam seluruhnya). Daerah bebasnya adalah A _free=(W - D) × H . Ketika D mendekati W, A _free mendekati 0 dan kecepatannya berkurang drastis. Untuk v Lebih besar dari atau sama dengan 0,3 m/s, A_free harus Lebih besar dari atau sama dengan Q / 0,3. Untuk tangki biasa dengan agitator yang mengalirkan Q=0.05 m3/s (3 m3/min), H=2 m, diperlukan A bebas=0.05 / 0.3=0.167 m2. Maka (W - D) x 2=0.167. Maka W - D=0.0835 m=83.5 mm. Jika W=150 mm, pemanas maks D=150 - 83.5=66.5 mm. 65 mm akan baik-baik saja. Jika W=100 mm, maksimum D=100-83.5=16.5 mm-pemanas yang sangat sederhana. Dalam keadaan ini pemanas tidak mungkin dimasukkan ke dalam celah penyekat, pemanas harus dipindahkan.

Dalam kasus tangki konveksi alami (tanpa pompa, tanpa pengaduk), kecepatan aliran dihasilkan oleh daya apung. Kenaikan kecepatan maksimum sepanjang pemanas adalah sekitar v=√(2 × g × × ΔT × L), dengan g=9.81 m/s2, adalah koefisien muai panas (0,0004/ derajat untuk air), ΔT adalah perbedaan suhu antara permukaan pemanas dan curah (10 derajat ) dan L adalah panjang pemanas (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-minimal. Jika Anda mengurangi kecepatan ini dengan cara apa pun, Anda berisiko mengalami panas berlebih. Untuk konveksi alami, diameter pemanas harus kurang dari atau sama dengan 30% lebar celah penyekat untuk menghindari tersedak.

Diameter Pemanas versus. Bagan Pemilihan Celah Penyekat
Baffle Gap Width (mm) Flow Type Minimum Required v (m/s) Max Heater OD (mm) for v >= minRekomendasi OD Pemanas (mm) Keterangan
50 Paksa (pompa, pengaduk) 0.3 25 20–25 Kencang namun dapat dilakukan 50 Konveksi alami 0.25 15 12–16 Pemanas yang sangat kecil
75 Dipaksa 0.3 40 32–38 Baik 75 Alami 0.25 22 20-25 Dapat Diterima 100 Dipaksa 0.3 58 50 Standar 100 Alami 0.25 30 25 OK 125 Dipaksa 0.3 83 75 pemanas besar dimungkinkan 150 Dipaksa 0.3 108 100 Khas untuk tangki besar
200 Dipaksa 0.3 158 150 Dapat memuat beberapa pemanas
Efek Pemanas Berukuran Besar di Ruang Penyekat
Jika diameter pemanas terlalu besar untuk celah penyekat (D > 0,6 × W untuk aliran paksa, D > 0,3 × W untuk konveksi alami) maka akan timbul tiga masalah:

Stagnasi aliran: Kecepatan turun di bawah 0,2 m/s. Koefisien perpindahan panas h diturunkan dari 500 – 1 000 W/m 2 K menjadi 100 – 300 W/m 2 K. Dengan kerapatan watt konstan, suhu permukaan PFA meningkat sebesar 20-50 derajat .

Panas berlebih yang terlokalisasi: Titik terpanas adalah bagian hilir pemanas (setelahnya) Perbedaan suhu bagian hulu dan hilir bisa mencapai 20–30 derajat , yang menyebabkan tekanan termal yang tidak seragam.

2.2 Penskalaan yang dipercepat Kecepatan rendah memungkinkan partikel dan gelembung menempel pada pemanas, mengakibatkan pembentukan kerak dan biofilm. Bahkan lebih banyak lagi perpindahan panas yang hilang pada timbangan, sehingga menghasilkan putaran umpan balik positif.

Inspeksi lapangan terhadap pemanas yang sangat besar di celah penyekat menunjukkan pola yang pasti; PFA berwarna kuning atau coklat di sisi hilir, dengan endapan bersisik putih. Sisi hulu mungkin terlihat normal. Jika Anda melihat pola ini, berarti pemanas Anda terlalu besar untuk celahnya.

Opsi Pemasangan Saat Celahnya Terlalu Kecil
Jika diameter pemanas yang dibutuhkan lebih besar dari batas maksimum yang diperbolehkan dalam celah penyekat, solusi berikut disarankan:

Pindahkan pemanas: Tempatkan pemanas di tengah tangki (jauh dari sekat) atau di lingkaran resirkulasi. Kecepatan aliran pada pemasangan di tengah seringkali lebih besar dibandingkan pada celah penyekat.

Gunakan banyak pemanas yang lebih kecil Gunakan dua pemanas berukuran 25 mm, bukan satu pemanas berukuran 50 mm. Setiap pemanas yang lebih kecil telah mengurangi batasan aliran, namun luas permukaan keseluruhan (dan daya) mungkin sama.

meningkatkan celah penyekat Jika desain tangki memungkinkan, tingkatkan W dengan menggeser penyekat atau dengan mengurangi tepi penyekat. Dengan menambah jarak sebesar 25 mm, pemanas 50 mm dapat ditambahkan jika sebelumnya hanya muat 32 mm.

Tambahkan akselerator aliran: Eduktor atau nosel jet di celah penyekat meningkatkan kecepatan lokal. Nosel menggunakan sejumlah energi pompa, tetapi memulihkan transmisi panas.

Contoh Lapangan:
Tangki pencampur 5.000 L dengan celah penyekat 80 mm. Pabrik ini membangun pemanas PFA 63 mm (celah 79%). Kecepatan aliran terukur=0.12 m/s. Pemanasnya ditingkatkan-dalam waktu 3 bulan. Suhu permukaan PFA adalah 115 derajat dalam air 70 derajat (peningkatan 45 derajat). Pabrik mengganti dua pemanas 25 mm (daya total yang sama) di setiap sisi penyekat. Kecepatan di sekitar setiap pemanas adalah 0,35 m/s. Kerak diturunkan dan suhu permukaan diturunkan hingga 85 derajat dan umur pemanas meningkat dari 6 bulan menjadi 5 tahun. Dua pemanas harganya lebih mahal (2x500=500=1,000) dibandingkan satu pemanas 63 mm ($800), namun masa pakai yang lebih lama dan waktu henti yang lebih sedikit terbayar dalam 18 bulan.

Kesimpulan: OD Pemanas Kurang dari atau sama dengan 0,5 * Celah Penyekat untuk Aliran Paksa
Untuk pemanas PFA dalam celah penyekat, diameter pemanas harus dipilih sedemikian rupa sehingga OD Kurang dari atau sama dengan 0,5 lebar celah penyekat (W) untuk aliran paksa (dipompa atau diaduk), dan OD Kurang dari atau sama dengan 0,3 W untuk konveksi alami. Hal ini memberikan area bebas yang cukup untuk mempertahankan kecepatan aliran bypass minimum sebesar 0,3 m/s (paksa) atau 0,25 m/s (alami). Aliran pemanas yang terlalu besar tersedak, menyebabkan kecepatan buruk, suhu permukaan tinggi, peningkatan kerak, dan kegagalan dini. Ukur celahnya, tentukan OD maksimum yang diperbolehkan dan pilih dengan tepat. Jika OD yang dibutuhkan berada di luar batas, pindahkan pemanas atau gunakan beberapa pemanas kecil. Ruang penyekat adalah untuk aliran, bukan untuk mendorong pemanas terbesar di sana. hormati jaraknya, ukur pemanasnya, pertahankan alirannya. Berikan pemanas Anda layanan bertahun-tahun, dan terima kasih.