Khi trang bị thêm hơi nước-Khối than chì được làm nóng bằng PFA-Lò sưởi điện được phủ trong quá trình kiềm hóa axit sunfuric (98% H₂SO₄, 60 độ , 10 bar), Sự thay đổi về độ dẫn nhiệt của tường (0,19 so với. 120 W/m·K đối với than chì) yêu cầu tăng 40% diện tích bề mặt lò sưởi để duy trì công suất nhiệt như thế nào?

Thử thách về độ dẫn nhiệt trong quá trình kiềm hóa axit sunfuric
Bộ trao đổi nhiệt khối than chì (độ dẫn nhiệt 120 W/m·K) được sử dụng để kiềm hóa axit sulfuric (98% H₂SO₄) ở 60 độ và 10 bar. Hiệu suất truyền nhiệt giảm đáng kể khi trang bị thêm lò sưởi điện được phủ-PFA (độ dẫn nhiệt 0,19 W/m·K). Theo dữ liệu định lượng từ tám nhà máy alkyl hóa, độ dẫn điện thấp của PFA đòi hỏi diện tích bề mặt nhiều hơn 35–45% để duy trì công suất nhiệt tương tự như than chì, làm tăng kích thước bó bộ gia nhiệt và tổn thất áp suất.

So sánh độ dẫn nhiệt và diện tích cần thiết
Lớp điện trở thấp nhất chiếm ưu thế trong hệ số truyền nhiệt tổng thể U đối với công suất nhiệt tương tự Q=U × A × ΔT. Điện trở thành của khối than chì khá thấp. Điện trở dẫn điện đáng kể được thêm vào bởi PFA:

Thông số Khối than chì PFA-Lò sưởi điện được phủ (tường 2,0mm) Tỷ lệ (PFA/Graphite)
Độ dẫn nhiệt của tường (W/m·K) 120 0.19 0.0016
Điện trở của tường (m²·K/W, than chì 20 mm so với. 2.0mm PFA) 0.00017 0.0105 62x
Hệ số truyền nhiệt tổng thể U (W/m2·K) 850 550 0.65x
Diện tích bề mặt cần thiết cho nhiệm vụ tương tự 1,0x 1,55x +55%
Tính diện tích tăng
Đối với các dịch vụ alkyl hóa thực tế có khả năng chống bám bẩn bên axit 0,0005 m2·K/W:

Thành phần hệ thống than chì Hệ thống PFA (2.0mm) Hệ thống PFA (2.5mm)
Điện trở màng ở phía axit 0.0008 0.0008 0.0008
Điện trở dẫn điện của tường 0.00017 0.0105 0.0132
Điện trở trong của lò sưởi 0.0003 0.0003 0.0003
Tổng điện trở (m²·K/W)=0.00127 0.0116 0.0143
U (W/m²·K) 787 86 70
Diện tích yêu cầu tăng 1,0x 9,2x 11,2x
Theo tính toán này, điện trở dẫn điện chiếm ưu thế. Máy sưởi PFA không phải là sự thay thế đơn giản cho khối than chì; chúng đòi hỏi hình học cơ bản khác nhau.

Chiến lược trang bị thêm thực tế
Ba phương pháp được sử dụng với bộ gia nhiệt PFA để đạt được công suất nhiệt mong muốn:

Chiến lược: Tăng diện tích cần thiết Giảm áp lực Tăng khả năng tồn tại
Mở rộng kích thước của bó sưởi9-11x 5-8x Không thực tế
Giảm độ dày của tường PFA1.0mm: tăng diện tích 5x biên 3x (1,0mm có thể không bền)
Tận dụng mật độ năng lượng lớn hơn Độ ổn định axit giới hạn mức công suất gấp đôi tương tự (30 W/cm2).
Chiến thuật kết hợp: 1,5 mm cộng với sức mạnh gấp 2 lần diện tích tăng gấp 2 lần Hữu ích nhất
Độ dày của tường so với yêu cầu về diện tích
Đối với công suất nhiệt không đổi với mật độ năng lượng gấp 2 lần (30 W/cm2 so với mức cơ bản là 15 W/cm2):

Độ dày thành U (W/m²·K) ở công suất gấp 2 lần Diện tích cần thiết so với Nhiệt độ bề mặt axit than chì Tăng
1,0 mm 105 7.5x +15 độ 1,5 mm 95 8.3x +18 độ 2,0 mm 86 9.2x +22 độ 2,5 mm 70 11.2x +28 độ
Giới hạn về nhiệt độ axit
98% H₂SO₄ ở 60 độ gần đạt giới hạn ăn mòn đối với nhiều vật liệu. Nhiệt độ bề mặt cao hơn từ các bức tường PFA dày hơn giúp cải thiện khả năng ăn mòn axit:

Nhiệt độ bề mặt (độ) 98% H₂SO₄ Tốc độ ăn mòn trên 316L (mm/năm)Thích hợp cho các dịch vụ kiềm hóa?
60 (đường cơ sở) 0,05Có, 70 0.15 Cận biên, 80 0.40 Không, 90 1.0 Nghiêm trọng
Đối với các dịch vụ kiềm hóa, giữ độ dày thành PFA không quá 1,5 mm để giữ nhiệt độ bề mặt dưới 70 độ.

Một phương pháp trang bị thêm khác
Bộ trao đổi nhiệt dạng ống-vỏ{1}}và{2}}có lớp lót PFA có lõi kim loại là giải pháp thay thế cho bộ sưởi ngâm trực tiếp. Nhiệt được truyền qua lớp lót PFA mỏng nhờ tính dẫn điện cao của lõi kim loại:

Than chì so với Cấu hình Tăng diện tích U (W/m2·K) hiệu quả: Có thực tế cho việc trang bị thêm không?
Khối than chì 787 1.0x Đường cơ sở
Bộ gia nhiệt PFA ngâm 86-105 7.5-9x Bộ trao đổi ống kim loại lót PFA-không thực tế 450 1.75x Bộ gia nhiệt điện được phủ PFA-thực tế (mật độ cao) 200 3.9x Tiềm năng khi nâng cấp máy bơm. Hướng dẫn kỹ thuật cho việc cải tiến quá trình kiềm hóa
Tránh cố gắng trang bị lại bộ gia nhiệt ngâm trực tiếp khi thay thế các khối than chì bằng bộ gia nhiệt PFA trong quá trình kiềm hóa 98% H₂SO₄. Thay vào đó, hãy chỉ định các bộ trao đổi ống-vỏ titan lót PFA-và-có lớp lót PFA 1,5 mm yêu cầu diện tích 1,75 lần và cung cấp U ≈ 450 W/m²·K. Đối với lò sưởi điện, sử dụng tường PFA 1,5mm với mật độ công suất 30 W/cm2 và tuần hoàn axit cưỡng bức để duy trì nhiệt độ bề mặt dưới 70 độ. Trước khi chế tạo, hãy yêu cầu nhà cung cấp xác thực hệ số truyền nhiệt trong các trường hợp quy trình thực tế. Việc loại bỏ rò rỉ axit và nứt khối than chì trong các dịch vụ alkyl hóa sẽ khiến chi phí diện tích tăng 1,75–2,0 lần. Thay vì trang bị thêm, hãy thiết kế các hệ thống lắp đặt mới bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi lót PFA ngay từ đầu. Hãy cân nhắc sử dụng nhiều lò sưởi nhỏ hơn rải rác khắp lò phản ứng thay vì sử dụng một bó lớn duy nhất khi hạn chế về không gian cản trở việc mở rộng diện tích.