Làm thế nào để chọn đường kính ống chính xác cho bộ trao đổi PTFE xử lý bùn dạng sợi?

Một nhà máy giấy hoặc một ngành dệt may thải ra một dòng chất thải chứa đầy những sợi dài, cứng và dạng sợi. Chạy thiết bị này thông qua bộ trao đổi nhiệt PTFE thông thường với các ống hẹp 6mm và bạn có công thức cho một phích cắm nhanh chóng, tổng thể và khó chịu. Các sợi sẽ chạm tới lối vào ống, tạo ra một tấm thảm rối và quá trình truyền nhiệt sẽ bị gián đoạn. Bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình cấu tạo bộ trao đổi nhiệt là chọn một ống đủ lớn để một chùm sợi-trong trường hợp xấu nhất có thể đi thẳng qua mà không bị vướng. Chọn thiết bị trao đổi nhiệt PTFE có đường kính ống phù hợp cho bùn dạng sợi là bước đầu tiên và quan trọng nhất đối với hệ thống làm mát hoặc sưởi ấm đáng tin cậy, có thể bảo trì.

Logic của thiết kế: Hy sinh hiệu suất nhiệt để đảm bảo dòng chảy
Tại sao đường kính nhỏ thường được khuyến nghị
Ưu điểm nhiệt chính của ống PTFE là tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn, đạt được tốt nhất với đường kính nhỏ. Các ống hẹp (ví dụ: đường kính trong 4-6 mm) đóng gói nhiều diện tích truyền nhiệt hơn vào một thể tích vỏ nhất định, tốn ít vật liệu hơn và tạo ra dòng chảy rối ở vận tốc thấp hơn. Đây là thiết kế tốt nhất cho chất lỏng sạch. Nhưng đối với bùn dạng sợi, logic nhiệt này không áp dụng được nếu các ống bị bịt kín. Một ống bị chặn không mang nhiệt.

Nguyên tắc vàng: Đường kính ống lớn hơn chiều dài sợi
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 mm) có thể cần đường kính từ 15 đến 20 mm. Điều này rõ ràng sẽ dẫn đến một bộ trao đổi nhiệt lớn hơn cho cùng một nhiệm vụ nhiệt và vận tốc phía vỏ thấp hơn có thể cần thêm vách ngăn hoặc tổng tốc độ dòng chảy cao hơn. Sự đánh đổi là hiển nhiên, một bộ trao đổi nhiệt lớn hơn một chút, kém hiệu quả về nhiệt hơn nhưng thực sự hoạt động so với một bộ trao đổi nhiệt nhỏ, hiệu quả về nhiệt luôn được cắm.

Để duy trì dòng nhiệt, các khối sợi phải có khả năng di chuyển dọc theo đường cao tốc rộng rãi; một kênh xoắn hẹp sẽ trở thành một ống dẫn bị tắc, không sử dụng được. Vẫn cần có một bộ lọc hoặc màn chắn ngược dòng để loại bỏ các mảnh vụn lớn hơn, nhưng ống phải có khả năng vượt qua bất kỳ sợi nào lọt qua.

Các khía cạnh kỹ thuật để vận hành đáng tin cậy
Tốc độ ở phía ống
Vận tốc bên ống cũng cần được giữ ở mức cao - thường là trên 2 m/s - để ngăn chặn các sợi lắng xuống hoặc dính vào thành ống. Ở vận tốc thấp, sự tích tụ các vật liệu dạng sợi ở đáy các ống nằm ngang là do trọng lực gây ra, dần dần hình thành lớp nền cản trở dòng chảy. Vận tốc cao hơn (lên tới 3–4 m/s, bị giới hạn do giảm áp suất) giữ cho các sợi ở trạng thái lơ lửng và giúp loại bỏ mọi chất tích tụ tạm thời-thông qua bộ trao đổi. Yêu cầu về vận tốc này cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn đường kính ống, bởi vì các ống lớn hơn đòi hỏi tốc độ dòng chảy lớn hơn để tạo ra cùng vận tốc và điều này có thể làm tăng công suất cần thiết để bơm.

Bố trí ống và vỏ-Các mặt bên
Trong trường hợp có bùn dạng sợi ở phía ống, việc tắc nghẽn ít cần thiết hơn đối với thiết kế phía vỏ nhưng việc tiếp cận để làm sạch vẫn rất quan trọng. Bố trí ống vuông được chọn trên bước tam giác vì nó cung cấp các lối đi thẳng không bị cản trở giữa các hàng ống và cho phép làm sạch cơ học mặt vỏ trong trường hợp bị bám bẩn. Nhưng đường kính ống vẫn là biện pháp bảo vệ chính khỏi bị cắm. Bất kể kiến ​​trúc hoàn hảo đến đâu, nếu lỗ khoan của ống quá nhỏ thì không có vách ngăn bên vỏ hoặc lối vào làm sạch sẽ ngăn ngừa tắc nghẽn ống.

Các khía cạnh thiết kế khác
Hình dạng đầu vào ống: Bán kính nhẵn hoặc phần loe ở đầu vào giúp sợi không bị vướng vào các cạnh sắc. Các ống phải phẳng với bề mặt của tấm ống và không có môi nhô ra.

Tube length: A shorter tube (e.g. 1-2 m) is easier to rod out if a blockage occurs. For very long tubes (>3 m) việc làm sạch cơ học là không thực tế.

Khả năng đảo ngược Bộ trao đổi phải được thiết kế để đảo ngược dòng chảy (tức là có thể đưa dòng chảy theo một trong hai hướng) để có thể giải quyết tắc nghẽn tạm thời bằng cách-xả ngược.

Hướng dẫn thực hành để lựa chọn
Chiều dài sợi tối đa Ống khuyến nghị tối thiểu IDSử dụng điển hình < 3 mm 6-8 mm Bột giấy mịn, chất liệu dệt
10 mm 3–6 mm Chất thải sinh học, nước trắng thông thường từ ngành sản xuất giấy-
12-15 mm 6-10 mm Bột giấy thô, rác vụn, vụn thức ăn không thường xuyên > 10 mm 15-20 mm hoặc theo yêu cầu Hàm lượng vải vụn, sợi tổng hợp dài
Các con số dành cho bùn loãng (< 5% fibres by weight). Larger diameters and lower velocities are necessary at greater concentrations to avoid bridging.

Sự đánh đổi không thể tránh khỏi-: Kích thước và tắc nghẽn
Đường kính ống ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước và giá thành của bộ trao đổi. Diện tích bề mặt trên một đơn vị chiều dài tỷ lệ thuận với đường kính, do đó, để có cùng diện tích bề mặt cho một công suất nhiệt nhất định, ống ID 10 mm cần nhiều ống hơn khoảng 44% (hoặc ống dài hơn) so với ống ID 12 mm. Điều này đòi hỏi phải tăng đường kính vỏ và do đó tăng chi phí vật liệu và sản xuất. Tuy nhiên, chi phí cho thời gian ngừng hoạt động thường xuyên để làm sạch bộ trao đổi nhiệt đã cắm gần như luôn cao hơn chi phí vốn trả trước cho loại lớn hơn, không thể cắm được. Kích thước của lỗ nói chung là khía cạnh thiết kế quan trọng nhất trong các trận chiến từ-đến-rắn chắc.

Kết luận: Chiến thắng trong cuộc chiến chống cắm điện
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 m/s) và biến dạng ngược dòng. Giải pháp thay thế này là giải pháp truyền nhiệt đáng tin cậy, có thể bảo trì và có tuổi thọ cao, nhưng làm giảm một số hiệu suất truyền nhiệt và tăng kích thước của bộ trao đổi nhiệt. Trong trường hợp chất rắn, kích thước lỗ thường là yếu tố thiết kế cần thiết nhất.