Який потенціал теплообміну-на основі магнітної рідини для PTFE-обмінників, усунення рухомих частин?

Усі циркуляційні контури теплообміну мають насос із механічними ущільненнями, підшипниками, валами та поверхнями, що зношуються, що з часом стає проблемою обслуговування. Ці елементи, як правило, є першою причиною витоку та забруднення в агресивних хімічних системах. Нова ідея пропонує зовсім інший підхід: нехай рідина сама реагує на магнітне поле і обійдеться без звичайного насосного апарату.

Феррофлюїд – рідину, що містить зважені магнітні наночастинки – можна проштовхнути через теплообмінник з ПТФЕ за допомогою зовнішнього обертового магнітного поля. Жодні робочі колеса не торкаються рідини. Система не порушує пломб. Немає рухомих механічних частин, які торкаються технологічного потоку. Це забезпечує повністю герметичний контур термічної циркуляції, який має чудову стійкість до витоку та корозії.

Технологія магнітного теплообмінника рідини PTFE без рухомих частин є дуже експериментальним, але потенційно революційним шляхом у термічній обробці та поводженні з небезпечними рідинами.

Основи ферорідини
Ферорідина — це стабільна колоїдна суспензія нанорозмірних магнітних частинок, розподілених у рідині-носії.

Магнітними частинками зазвичай є:

Наночастинки оксиду заліза

Матеріали на основі магнетиту

Поверхнево стабілізовані магнітні колоїди

Рідина-носій може бути:

вода

Масло, синтетика

Фторовані розчинники

Спеціальні діелектричні рідини

Поверхнево-активні речовини запобігають агломерації та осіданню, тому наночастинки залишаються плаваючими.

Під впливом магнітного поля рідина поводиться як магніточутлива рідина і, тим не менш, зберігає властивості рідини.

Ця особлива поведінка дозволяє зовнішнім магнітним системам контролювати рух рідини без механічного дотику.

Як працює магнітне перекачування рідини?
Феррофлюїд у запропонованій системі теплообмінника з PTFE повністю міститься в замкнутому циркуляційному контурі.

Зовнішній обертовий магнітний вузол створює рухоме магнітне поле поза трубкою PTFE.

Таку магнітну конфігурацію можна порівняти зі статором безщіткового електродвигуна.

Магнітні сили діють на зважені наночастинки в ферорідині, коли магнітне поле обертається. Рідина зазнає спрямованого опору. Він починає циркулювати по трубках обмінника.

Магніти всередині a можуть спричинити обертання рідини без потреби у типовому робочому колесі чи ущільненні вала.

Змочуються лише внутрішні стінки PTFE трубки та компоненти рідинного контуру, пов’язані з PTFE трубками.

Чому PTFE є привабливим для систем із залізними рідинами
Кілька концепцій магнітної циркуляції рідини підтримуються властивостями PTFE.

Це:

Чудова хімічна стійкість

Електроізоляція

Не{0}}реактивні поверхні

Стійкість до корозії

Низька схильність до забруднення

Не-металеві, хімічно інертні властивості PTFE дозволяють повністю ізолювати ворожі рідини від зовнішніх механічних систем.

Це відкриває потенціал:

Герметичні теплові петлі

Жодної ймовірності витоку

Знижений потенціал забруднення

Мінімальні шляхи корозії

Поєднання PTFE обмежувача та циркуляції з магнітним приводом є особливо цікавим рішенням для дуже небезпечних умов процесу.

Утилізація механічних ущільнень і підшипників
Звичайні насоси й надалі залишаються одним із компонентів систем хімічної обробки-, які найбільше схильні до збоїв.

Поширені проблеми включають:

Витік ущільнень

Знос підшипників

Корозія валу

Порушення змащення

Пошкодження від вібрації

Кавітація

Ці проблеми набувають особливого значення при обробці:

Отруйні речовини

Радіоактивні рідини

Над-чисті рідини

Корозійні кислоти,

Дорогі-спеціальні рідини

Циркуляційний контур з повністю магнітним приводом може разом усунути декілька з цих режимів відмови.

Межа рідини набагато простіша, оскільки немає обертового змоченого обладнання.

Обіцянка герметично закритих теплових петель
Однією з найпривабливіших особливостей PTFE теплообмінника з магнітною рідиною без рухомих частин є потенціал повної герметичної ізоляції.

Оскільки сила кровообігу прикладена ззовні,

Відсутність обертових валів всередині контейнера

Немає необхідності в динамічних ущільненнях

Немає необхідності в сальниках

Жодна зовнішня система змащення не має контакту з технологічною рідиною

Ця архітектура є дуже міцним бар'єром проти витоку.

Сама по собі ця функція може виправдати технологію навіть з обмеженнями продуктивності для токсичних рідин.

Потенційне застосування систем із нульовим-витоком
Циркуляція магнітних рідин все ще знаходиться на експериментальній стадії, але одного дня може мати спеціалізоване промислове використання.

Управління радіоактивними рідинами
Ядерні та радіохімічні системи потребують високої надійності утримання.

«Якби у вас був замкнутий цикл циркуляції, ризик викиду в навколишнє середовище був би меншим».

Робота з надзвичайно токсичними хімікатами
Це може бути перевагою, щоб усунути звичайні шляхи руйнування ущільнень у процесах, що містять небезпечні або надзвичайно реактивні речовини.

Напівпровідникові та високочисті системи
Зменшення утворення часток і ризику забруднення в ультра-чистих застосуваннях.

Космічні та дистанційні системи
Існує також можливість використання зниженої механічної складності для систем, які вимагають тривалого терміну експлуатації з мінімальним обслуговуванням.

Проблеми з тепловими характеристиками
Сама феррофлюїд має залишатися термічно функціонуючим і залишатися магнітно чутливою.

Це призводить до певних інженерних проблем.

Вибір рідини-носія
Рідина-носій повинна забезпечувати:

Достатня теплоємність

Хімічна сумісність

Стабільність в'язкості

Тривала-суспензія наночастинок

Феррофлюїд також має бути хімічно сумісним із PTFE трубкою та будь-якими тепловими контактами на стороні процесу.

Стабільність наночастинок
Протягом тривалих періодів експлуатації агломерація або осідання частинок може зменшитися:

Магнітний відгук

ККД насоса

Постійність теплопередачі

Стабільність колоїдної поведінки все ще є важливою областю дослідження.

Існуючі технічні обмеження
Ця система є елегантною за концепцією, але сьогодні має великі інженерні труднощі.

Обмежена здатність до потоку та тиску 2.
Магнітні сили все ще досить м’які порівняно зі звичайними механічними насосами.

Таким чином, поточні системи, як правило, обмежуються:

Низькі витрати

Робота при низькому тиску

Труба невеликого діаметру

Компактні петлі циркуляції.

Обов’язки великих промислових теплообмінників все ще виходять за межі сучасних можливостей.

Втрати від магнітного з'єднання
Передача магнітної сили дуже швидко падає з відстанню.

Ефективність зчеплення сильно знижується через:

Товщина стінки PTFE труби

Повітряні отвори

Допоміжна інфраструктура

Немагнітні розпірні матеріали

Це обмежує практичну силу, яку можна використовувати для руху рідини.

Виклики енергоефективності
Витрати електроенергії на генерацію обертових магнітних полів.

Загальна ефективність системи сильно залежить від:

Константа магнітного зв'язку

В'язкість ферорідини

Геометрія контуру

Витоки тепла

Зараз традиційні насоси, як правило, більш енергоефективні для більшості промислових потреб.

Проблеми сумісності матеріалів
Хімічний склад ферорідини має бути сумісним із:

PTFE трубка

Рідкий носій

Стабілізатори для наночастинок

Робочі середовища (теплові)

Будь-яка нестабільність колоїдної суспензії може погіршити ефективність у довгостроковій перспективі.

Чому технологія залишається актуальною
Дослідження все ще є дуже важливим, хоча на даний момент існують обмеження, оскільки деякі програми потребують надійності стримування, а не ефективності.

Механічні ущільнення можуть підвищити рівень безпеки для систем, що працюють з дуже небезпечними рідинами, чого неможливо досягти за допомогою звичайних насосів.

У деяких випадках переваги меншого обслуговування та запобігання витокам можуть бути важливішими, ніж зменшення продуктивності насоса.

Технологія також узгоджується з більшими промисловими тенденціями, щоб:

Спрощена архітектура обладнання

Системи-самокерування

Економія на технічне обслуговування

Модулі закритого процесу

Тривале використання

Рекомендації для майбутніх досліджень
Концепції накачування магнітної рідини все ще розвиваються в кількох галузях сучасних досліджень.

До них відносяться;

Сильніші конфігурації магнітного поля

Розширена стабільність наночастинок

Оптимізовано розміщення PTFE труби

Гібридні магнітогідродинамічні системи

Мало{0}}потужний магнітоелектронний привід

У зв’язку зі зростанням важливості промислових систем із над--обслуговуванням інтерес до технологій циркуляції без рухомих частин, безперечно, зростатиме.

Висновок
Технологія теплообмінника з магнітним рідинним теплообмінником без рухомих частин забезпечує футуристичну концепцію повністю герметичних систем термічної циркуляції, що керуються лише зовнішніми магнітними полями. Ці пристрої можуть забезпечити безпрецедентну надійність утримання для небезпечних і високо-чистих рідин шляхом циклічного проходження ферорідини через PTFE-обмінники без робочих коліс, ущільнень або внутрішнього рухомого механізму.

Незважаючи на те, що існуюча технологія обмежена застосуванням із відносно скромним потоком і тиском, сама ідея є дуже привабливою. Хімічно інертні трубки з ПТФЕ та рідини, що реагують на магнітне поле, дозволяють створювати герметичні-стійкі-корозійні термічні петлі із значно меншими вимогами до обслуговування.

Магнітне перекачування рідини є ще новою та вузькоспеціалізованою галуззю, але це елегантна відповідь на одну з найстаріших проблем промислової обробки: безпечне переміщення шкідливих рідин. Тож, зрештою, насос майбутнього може взагалі не мати рухомих частин.