ऑपरेटिंग तापमान पर लगभग 20,000 mPa·s की चिपचिपाहट के साथ एक पॉलिमर समाधान को गर्म करने के लिए एक विशेष रासायनिक संयंत्र की आवश्यकता होती है। मौजूदा पीटीएफई इमर्शन हीटर चार महीने के बाद खराब हो गया था। म्यान ने निचले गर्म खंड के साथ एक नरम, फफोलेदार बैंड दिखाया, और इन्सुलेशन प्रतिरोध 10 एमΩ से नीचे गिर गया था। हीटर को 1.2 डब्लू/सेमी² पर निर्दिष्ट किया गया था, जो पानी के लिए उपयुक्त था लेकिन चिपचिपे पॉलिमर समाधान के लिए बहुत आक्रामक था।
उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ एक मौलिक गर्मी हस्तांतरण चुनौती पेश करते हैं। हीटर की सतह पर मोटी थर्मल सीमा परत गर्मी को रोकती है, और हीटर की सतह का तापमान थोक द्रव तापमान से काफी ऊपर बढ़ जाता है। सुरक्षित वाट घनत्व चिपचिपाहट के साथ आनुपातिक रूप से गिरता है। हीटर कॉन्फ़िगरेशन को कम वाट घनत्व पर आवश्यक सतह क्षेत्र प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, और सीमा परत की मोटाई को कम करने के लिए हीटर की सतह पर प्रवाह बनाए रखा जाना चाहिए।
उच्च श्यानता वाले तरल पदार्थों में ऊष्मा स्थानांतरण समस्या
पानी की तुलना में 100 गुना अधिक चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ में, संवहन ताप हस्तांतरण गुणांक पानी के मूल्य का 10-20% होता है। किसी दिए गए ताप प्रवाह को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक तापमान अंतर तदनुसार अधिक होता है। 100× चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ में 1.0 W/cm² पर चलने वाले हीटर के लिए, सतह {{7} से {{8} तक थोक तापमान का अंतर 40-60 डिग्री हो सकता है।
उच्च सतह तापमान पीटीएफई क्षरण को तेज करता है। पॉलिमर नरम हो जाता है, आयामी स्थिरता खो देता है, और अधिक पारगम्य हो जाता है। हीटर बाहर से अंदर तक विफल रहता है।
| द्रव श्यानता | जल के सापेक्ष | संवहन गुणांक | सतह ΔT 1.0 W/cm² पर | सुरक्षित वाट घनत्व |
|---|---|---|---|---|
| पानी | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 डिग्री | 1.5-2.0 डब्लू/सेमी² |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 डिग्री | 1.0-1.3 डब्ल्यू/सेमी² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 डिग्री | 0.6–0.9 डब्ल्यू/सेमी² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 डिग्री | 0.4–0.6 डब्ल्यू/सेमी² |
उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थों के लिए गर्मी हस्तांतरण और सुरक्षित वाट घनत्व
मल्टी-पास कॉन्फ़िगरेशन
एक बहु-पास कॉन्फ़िगरेशन हीटिंग सतह को एक बड़े क्षेत्र में वितरित करता है, जिससे प्रति इकाई क्षेत्र में वाट घनत्व कम हो जाता है। पासों की व्यवस्था उपलब्ध पोत आयतन के भीतर सतह क्षेत्र को अधिकतम करने और उनके बीच प्रवाह की अनुमति देने के लिए की जाती है।
0.7 डब्लू/सेमी² पर 6 किलोवाट ड्यूटी के लिए, आवश्यक सतह क्षेत्र 8,571 सेमी² है। 50 मिमी शीथ व्यास और 700 मिमी के आठ पास के साथ एक मल्टी{5}}पास हीटर ड्यूटी के लिए लगभग 8,796 सेमी²- प्रदान करता है। उनके बीच प्रवाह की अनुमति देने के लिए पासों को 40-50 मिमी की दूरी पर रखा गया है।
| वाट क्षमता | सुरक्षित वाट घनत्व | आवश्यक सतह क्षेत्र | 50 मिमी शीथ पर गुजरता है | पास की लंबाई | रिक्ति पास करें |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 किलोवाट | 0.7 डब्ल्यू/सेमी² | 4,286 सेमी² | 4 | 700 मिमी | 40 मिमी |
| 4 किलोवाट | 0.7 डब्ल्यू/सेमी² | 5,714 सेमी² | 5 | 700 मिमी | 40 मिमी |
| 5 किलोवाट | 0.7 डब्ल्यू/सेमी² | 7,143 सेमी² | 7 | 700 मिमी | 45 मिमी |
| 6 किलोवाट | 0.7 डब्ल्यू/सेमी² | 8,571 सेमी² | 8 | 700 मिमी | 45 मिमी |
| 8 किलोवाट | 0.7 डब्ल्यू/सेमी² | 11,429 सेमी² | 10 | 700 मिमी | 50 मिमी |
उच्च चिपचिपाहट वाले पॉलिमर समाधानों के लिए मल्टी-पास कॉन्फ़िगरेशन
चिपचिपे तरल पदार्थों के लिए प्रवाह वृद्धि
एक चिपचिपे तरल पदार्थ में अकेले बहु-पास विन्यास पर्याप्त नहीं होता है। सीमा परत की मोटाई को कम करने के लिए हीटर की सतह पर प्रवाह बनाए रखा जाना चाहिए। एक समर्पित एडक्टर या एक छोटा रीसर्क्युलेशन पंप दर्रों में प्रवाह को निर्देशित कर सकता है।
0.3-0.5 मीटर/सेकेंड का स्थानीय वेग सीमा परत की मोटाई को कम करने और सतह के तापमान को 15-25 डिग्री तक कम करने के लिए पर्याप्त है। प्रवाह को मजबूत होने की आवश्यकता नहीं है -इसे हीटर की सतह पर निर्देशित करने की आवश्यकता है।
| प्रवाह संवर्धन विधि | स्थानीय वेग | सतह ΔT कमी | कार्यान्वयन |
|---|---|---|---|
| हीटर पर कंडक्टर | 0.3–0.5 m/s | 15-25 डिग्री | छोटा पंप या संपीड़ित हवा |
| पुनरावर्तन पाश | 0.4–0.6 m/s | 20-30 डिग्री | पंप और पाइपिंग |
| यांत्रिक हलचल | 0.2–0.4 m/s | 10-20 डिग्री | आंदोलनकारी या भड़कानेवाला |
| विरल पाइप | 0.1–0.2 m/s | 8-15 डिग्री | संपीड़ित हवा |
चिपचिपे तरल पदार्थों के लिए प्रवाह वृद्धि के तरीके
रिएक्टर ज्यामिति संबंधी विचार
एक रासायनिक रिएक्टर में अक्सर एक प्लेटिंग टैंक की तुलना में एक अलग ज्यामिति होती है। रिएक्टर ऊपर और नीचे गुंबददार, एक केंद्रीय आंदोलनकारी शाफ्ट और बैफल्स के साथ बेलनाकार हो सकता है। हीटर के लिए उपलब्ध स्थान आंदोलनकारी और पोत की दीवार के बीच कुंडलाकार क्षेत्र तक सीमित है।
एक घुमावदार बहु-पास विन्यास जो पोत की दीवार का अनुसरण करता है, कुंडलाकार स्थान के भीतर सतह क्षेत्र को अधिकतम करता है। दर्रे आंदोलनकारी के चारों ओर एक रिंग में व्यवस्थित होते हैं, जिनके बीच प्रवाह चैनल होते हैं।
जब एक मानक हीटर का उपयोग नहीं किया जा सकता
यदि रिएक्टर कम वाट घनत्व के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र को समायोजित नहीं कर सकता है, तो विकल्प वाट क्षमता को कम करना, कम सेवा जीवन स्वीकार करना या वैकल्पिक हीटिंग विधि का उपयोग करना है। एक बाहरी हीट एक्सचेंजर चिपचिपी सेवा के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है क्योंकि यह कम मात्रा में अधिक सतह क्षेत्र प्रदान कर सकता है।
एकाधिक पास, कम वाट घनत्व और प्रवाह वृद्धि के साथ एक कस्टम पीटीएफई विसर्जन हीटर कॉन्फ़िगरेशन उच्च चिपचिपापन बहुलक समाधान के लिए डिज़ाइन किया गया है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए ऑपरेटिंग तापमान पर द्रव की चिपचिपाहट, पोत के आयाम, आंदोलनकारी प्रकार और गति, आवश्यक वाट क्षमता और तापमान एकरूपता की आवश्यकता होती है।
