Як вибрати правильний діаметр труби для PTFE теплообмінника, що працює з волокнистим шламом?

Паперова фабрика або текстильна промисловість відправляє потік відходів, завантажених довгими, жорсткими, тягучими волокнами. Пропустіть це через звичайний теплообмінник з PTFE з вузькими 6-міліметровими трубками, і ви отримаєте рецепт швидкої, повної та неприємної пробки. Нитки будуть тягнутися до входу в трубку, створюючи сплутаний килимок, і тепловіддача буде збій. Першим і найважливішим кроком у створенні теплообмінника є вибір достатньо великої труби, щоб пачка волокон у найгіршому-випадку могла проходити прямо крізь неї, не зачіпляючись. Вибір PTFE-тефлонового теплообмінника з відповідним діаметром труби для волокнистих суспензій є першим і найважливішим кроком до надійної, зручної в обслуговуванні системи охолодження або опалення.

Логіка проектування: жертвування тепловою ефективністю заради забезпечення потоку
Чому зазвичай рекомендуються малі діаметри
Основна термічна перевага трубки з ПТФЕ полягає в її величезному співвідношенні площі поверхні до об’єму, яке найкраще досягається при малому діаметрі. Вузькі труби (наприклад, внутрішній діаметр 4-6 мм) забезпечують більшу площу теплопередачі в заданому об’ємі оболонки, коштують дешевше матеріалу та викликають турбулентний потік при менших швидкостях. Це найкраща конструкція для чистих рідин. Але для волокнистої суспензії ця логіка тепла не застосовується, якщо труби закупорюються. Заблокована трубка не переносить тепло.

Золоте правило: діаметр труби більше довжини волокна
The engineer must select a tube with an inner diameter that is much greater than the longest fibres in the slurry. A good safe place to start is a 10mm or 12mm inner diameter (ID) tube. For very long fibres (e.g., >10 мм) можуть знадобитися діаметри від 15 до 20 мм. Це, очевидно, призведе до більшого теплообмінника для тієї самої теплової потужності та нижчої бічної швидкості оболонки, для чого можуть знадобитися додаткові перегородки або більша загальна швидкість потоку. Компроміс очевидний: дещо більший, менш термічно ефективний обмінник, який справді працює, проти маленького, термічно ефективного, який завжди підключений.

Щоб зберегти тепло, грудки волокон повинні мати можливість рухатися по великій відкритій магістралі; вузький, звивистий канал просто стане забитим, непридатним для використання каналом. Для видалення більшого сміття все ще потрібен сітчастий фільтр або сітка, але трубка повинна мати можливість пропускати будь-які волокна, які проходять через неї.

Технічні аспекти для надійної роботи
Швидкість на стороні труби
Швидкість збоку труби також має бути високою – зазвичай понад 2 м/с – щоб запобігти осіданню або прилипанню волокон до стінки труби. При низьких швидкостях накопичення волокнистих матеріалів на дні горизонтальних трубок спричинене силою тяжіння, у результаті чого поступово утворюється русло, яке перешкоджає потоку. Вищі швидкості (до 3–4 м/с, обмежені падінням тиску) утримують волокна в підвішеному стані та допомагають вимивати будь-які тимчасові -утворення через теплообмінник. Ця вимога до швидкості також впливає на вибір діаметра труби, оскільки більші труби вимагають більшої швидкості потоку для отримання тієї ж швидкості, і це може збільшити потужність, необхідну для накачування.

Розташування труб і сторони-корпуса
У випадку волокнистих суспензій на стороні труби, закупорка менш необхідна для конструкції сторони оболонки, але доступ для очищення все ще важливий. Квадратну схему розташування труб обрано замість трикутної, оскільки вона забезпечує прямі безперешкодні проходи між рядами труб і дозволяє механічно очищати сторону оболонки у разі забруднення. Але основним захистом від забивання залишається діаметр труби. Незалежно від того, наскільки досконалою є архітектура, якщо отвір труби занадто малий, жодні сторонні перегородки корпусу або доступ для очищення не запобіжать закупорці труби.

Інші аспекти дизайну
Вхідна геометрія трубки: плавний радіус або розширення на вході запобігає зачепленню волокон за гострі краї. Труби повинні бути на одному рівні з лицьовою стороною трубної решетки без виступаючих виступів.

Tube length: A shorter tube (e.g. 1-2 m) is easier to rod out if a blockage occurs. For very long tubes (>3 м) механічне очищення непрактично.

Реверсивність Обмінник має бути сконструйований для реверсування потоку (тобто здатний приймати потік у будь-якому напрямку), щоб тимчасові закупорки можна було усунути зворотним -промиванням.

Практичні рекомендації щодо вибору
Максимальна довжина волокна Мінімальний рекомендований ID трубки Типове використання < 3 мм 6-8 мм Тонка паперова маса, текстильна обробка
10 мм 3–6 мм Біологічні відходи, звичайна біла вода з виробництва паперу-
12-15 мм 6-10 мм Грубий м’якоть, подрібнені відходи, іноді харчові каші > 10 мм 15-20 мм або на замовлення Вміст ганчірки, довгі синтетичні волокна
Цифри вказані для розбавленої рідини (< 5% fibres by weight). Larger diameters and lower velocities are necessary at greater concentrations to avoid bridging.

Неминучий компроміс-: розмір проти засмічення
Діаметр труби безпосередньо впливає на розмір і вартість теплообмінника. Площа поверхні на одиницю довжини пропорційна діаметру, отже, щоб отримати таку саму площу поверхні для даного теплового навантаження, для трубки з внутрішнім діаметром 10 мм потрібно приблизно на 44% більше труб (або довших трубок), ніж для трубки з внутрішнім діаметром 12 мм. Це вимагає збільшення діаметра оболонки, а отже, матеріальних і виробничих витрат. Однак витрати на регулярні простої для очищення підключеного обмінника майже завжди перевищують авансовий капітал для більшого типу, що не підключається. Розмір отвору, як правило, є найважливішим аспектом дизайну в суцільних--битвах.

Висновок: перемога у війні проти підключення
The simple bold decision of a large-bore tube wins the war against plugging in a PTFE exchanger handling a fibrous slurry. Tube inlet bridging avoided with inner diameter of 10 mm or more, sufficient tube-side velocity (>2 м/с) і напруження вище за течією. Ця альтернатива є надійним, зручним у обслуговуванні та тривалим рішенням теплопередачі, але втрачає деяку ефективність теплопередачі та збільшує розмір теплообмінника. У випадку твердих тіл розмір отвору часто є найважливішим елементом конструкції.