Kā plākšņu-un-rāmja siltummainis ar PTFE blīvēm ir salīdzināms ar apvalka-un-caurules PTFE bloku?

Apvalks{0}}un-cauruļu apmainītāji ir pārāki par koroziju, bet plākšņu-un-rāmju apmainītāji ar fluorpolimēru blīvēm nodrošina pārliecinošu alternatīvu. To pamata ģeometrija rada atšķirīgus veiktspējas raksturlielumus, kas var būt noderīgi dažās lietojumprogrammās. Tīriem, mērena spiediena procesa šķidrumiem plākšņu-un-rāmja dizains ar PTFE blīvēm var nodrošināt labāku siltuma pārneses efektivitāti un ievērojami mazāku nospiedumu nekā standarta PTFE apvalka-un-caurules apmainītājs.

Plāksnes un rāmja un apvalka un caurules dizaina pārskats
Plākšņu-un-rāmja siltummaiņi ir veidoti no virknes gofrētu metāla plākšņu, kas saspiesti kopā rāmī. Katrai plāksnei ir blīve (šajā gadījumā PTFE vai jebkurš cits fluorpolimērs), kas noblīvē plūsmas kanālus un virza karstos un aukstos šķidrumus pa alternatīviem ceļiem. Šķidrumi plūst cauri plānām līkumotajām atstarpēm starp plāksnēm pretstrāvas vai šķērsplūsmas virzienā. Rievojums veicina turbulenci pat pie zemiem plūsmas ātrumiem, kas ievērojami uzlabo siltuma pārnesi.

PTFE apvalka-un-cauruļu siltummaiņi (kā aprakstīts citos rakstos) ir izgatavoti no PTFE cauruļu saišķa, kas ievietota metāla vai plastmasas apvalkā. Apkalpošanas šķidrums plūst otrā pusē, un kodīgais šķidrums plūst caur caurulēm (vai ap tām). PTFE caurules sienas ir nedaudz biezas, tāpēc siltuma pārnese notiek ar vadīšanas palīdzību. Plūsma parasti ir lamināra vai maza{5}}turbulence, ja vien netiek izmantoti lieli ātrumi.

Galvenā atšķirība ir siltuma pārneses virsmas viela. Plākšņu-un-rāmja konstrukcijā plāksnes ir izgatavotas no metāla (parasti no nerūsējošā tērauda, ​​Hastelloy, titāna vai citiem sakausējumiem), un tikai blīves ir no PTFE. Procesa šķidrums saskaras ar metāla plāksnēm un PTFE blīvēm. PTFE apvalka-un-cauruļu blokam visas mitrās virsmas ir izgatavotas no PTFE, kam ir universāla izturība pret koroziju, bet ievērojami sliktāka siltumvadītspēja.

Siltuma veiktspēja: augstākas U{0}}vērtības, kas sasniegtas plāksnes ģeometrijas dēļ
Plākšņu un rāmja apmainītājam ir vislielākā priekšrocība kopējā siltuma pārneses koeficientā (U-vērtība). Tas ir saistīts ar vairākiem iemesliem.

Plānas metāla plāksnes - Plākšņu biezums parasti ir no 0,5 līdz 1,0 mm pret PTFE cauruļu sienām, kuru biezums ir 1,0 līdz 2,0 mm. Metāli (nerūsējošais tērauds ~15 W/m·K, titāns ~17 W/m·K, Hastelloy ~10 W/m·K) pārvada siltumu par kārtīm labāk nekā PTFE (~0,25 W/m·K). Metāla plāksne ir daudz labāka siltuma vadītāja, pat ņemot vērā PTFE blīves blīvējumu pretestību (kas veido tikai nelielu daļu no kopējās platības).

Augsta turbulence - Gofrētās plātnes konstrukcija rada lielu lokālo turbulenci. Tas izjauc robežslāņus un ievērojami samazina konvekcijas pretestību abās šķidrumu pusēs. Korpusa-un-cauruļu PTFE sistēmās plūsma maza-diametra PTFE caurulēs parasti ir lamināra, ja vien netiek izmantota ievērojama sūknēšanas jauda, ​​un korpusa-puses plūsma arī ir salīdzinoši viegla.

Patiesas skaitītāja-strāvas plūsmas - Plākšņu-un-rāmju sistēmas var radīt gandrīz ideālu pretstrāvas-plūsmu, maksimāli palielinot logaritmiālo vidējo temperatūras starpību (LMTD). Korpusa un cauruļu PTFE apmainītāji parasti tiek iestatīti šķērsplūsmas vai jauktās plūsmas konfigurācijās, kas ir mazāk termodinamiski efektīvas.

Praksē vienam un tam pašam šķidrumu pārim plākšņu -un-rāmja siltummainim ar PTFE blīvēm var paredzēt kopējo U-vērtību trīs līdz piecas reizes augstāku nekā PTFE apvalka-un-caurules blokam. Ūdens-ūdens apkalpošanā plākšņu apmaiņas ierīce var iegūt 3000-5000 W/m²·K, savukārt PTFE apvalka{11}}caurules ierīce var sasniegt tikai 200–400 W/m²·K. Kodīgos ķīmiskos pakalpojumos ieguvums joprojām ir liels, bet absolūtās vērtības ir atkarīgas no šķidruma īpašībām un piesārņojuma tendencēm.

Nospiedums un svars: plāksnes dizaina kompaktums
U-vērtība ir daudz lielāka, tāpēc plākšņu-un-rāmju apmainītājam ir nepieciešams daudz mazāks virsmas laukums, lai pārraidītu noteiktu siltuma slodzi. Iegūtais nospiedums parasti ir viena-trešdaļa līdz-piektdaļa no PTFE apvalka un caurules siltummaiņa ar tādu pašu termisko veiktspēju. Svars ir arī ievērojami samazināts, jo plākšņu komplekts ir daudz vieglāks nekā PTFE cauruļu saišķis ar metāla korpusu.

Plākšņu{0}}un Līdzīgas darbības PTFE apvalka-un-cauruļu siltummainis var būt vairākus metrus garš un aizņemt ievērojamu grīdas laukumu, savukārt plākšņu apmainītāju var uzstādīt vertikāli vai horizontāli nelielā šīs telpas daļā.

Spiediena un temperatūras ierobežojumi
Apvalku un cauruļu blokus (metāla apvalku), kas izgatavoti no PTFE, var izmantot mērenam vai augstam spiedienam, parasti 6-10 bāri caurules pusē, 10-20 bāri korpusa pusē, atkarībā no konstrukcijas. PTFE caurulēm ir ierobežots spiediens, bet metāla korpuss ir izturīgs. PTFE caurules var izturēt temperatūru no 110 līdz 120 grādiem; PFA caurule, no 150 līdz 180 grādiem.

Stingrāki ierobežojumi attiecas uz plākšņu{0}}un-rāmju apmainītājiem ar PTFE blīvēm:

Spiediens – starplikām jābūt pietiekami saspiestām, lai tās cieši pieslēgtos pie plāksnēm. Nepieciešamais iespīlēšanas spēks palielinās, palielinoties iekšējam spiedienam, un palielinās blīves izspiešanas vai noplūdes iespēja. Tipiskais maksimālais darba spiediens PTFE-plākšņu apmainītājiem ar blīvi ir 6–10 bar (85–145 psi), bet dažām sistēmām tas ir 15 bar. Lielākiem spiedieniem ir vajadzīgas biezākas plāksnes, smagāki rāmji un noteiktas blīves, kas palielina izdevumus.

Temperatūra - PTFE blīves sāk slīdēt un zaudē savu blīvējuma spēku virs aptuveni 150 līdz 180 grādiem. Tas ir atkarīgs no izmantotās fluorpolimēra kategorijas (PTFE, PFA vai modificēts PTFE). Darbība virs 160 grādiem parasti nav ieteicama nepārtrauktai darbībai. Daži PTFE apvalka{7}}un-cauruļu modeļi (ar PFA caurulēm) var darboties līdz pat 180–200 grādiem, taču faktiskie ierobežojumi bieži ir zemāki.

Kodīgiem pakalpojumiem augstā spiedienā vai augstā temperatūrā vienīgā iespēja var būt apvalka un caurules PTFE bloks. Viegliem apstākļiem (piemēram, . 5 bārs un 100 grādi) plākšņu siltummainis ir pilnībā piemērots.

Izturība pret koroziju: sakausējums pret pilnām fluorpolimēru plāksnēm
PTFE apvalka un cauruļu siltummaiņi ir universāli izturīgi pret koroziju. PTFE augstā temperatūrā ir gandrīz pilnīgi inerts pret visām vielām, izņemot izkausētus sārmu metālus un elementāru fluoru. Tāpēc tie ir piemēroti ļoti agresīvām jauktām skābēm, ūdeņiem, stiprai slāpekļskābei un citiem šķidrumiem, kas var ietekmēt lielāko daļu metālu.

Plākšņu-un-rāmju apmainītāji ar PTFE blīvēm ir atkarīgi no metāla plāksnēm primārajai aizsardzībai pret koroziju. Blīves ir vienīgā PTFE daļa. Tāpēc plāksnes materiāls ir jāizvēlas tā, lai tas izturētu konkrēto procesa šķidrumu. Tālāk ir norādītas dažas izplatītas iespējas.

Nerūsējošais tērauds (304/316) – tikai maigām skābēm un neitrāliem šķīdumiem.

Hastelloy C-276 vai B-3 - Lieliska izturība pret sālsskābi, sērskābi un reducējošiem apstākļiem. Uzbrūk spēcīgas oksidējošas skābes.

Titāns (2. pakāpe, 7. pakāpe) - Lieliska izturība pret oksidējošām skābēm (slāpekļskābēm, hromskābēm) un hlorīdiem. Uzbruks fluorūdeņražskābe un dažas reducējošās skābes.

Cirkonijs vai tantals - Eksotiski sakausējumi skarbiem apstākļiem, taču ļoti dārgi.

Plākšņu siltummainis var būt rentabls risinājums, ja procesa šķidrums ir saderīgs ar pieejamu plākšņu sakausējumu (piemēram, titāns slāpekļskābei, Hastelloy HCl). Tomēr, ja šķidrums satur vairākas naidīgas sugas (piemēram, jaukta skābe ar oksidējošām un reducējošām sastāvdaļām), neviens metāls nedrīkst būt pieņemams. Šādos gadījumos drošāka izvēle ir PTFE apvalka{6}}un-cauruļu bloks ar universālo pretestību.

Netīrumi, tīrīšana, apkope
Plākšņu-un-rāmju apmainītājus var vienkārši izjaukt tīrīšanai. Plāksnes ir noņemamas pa vienai, un tās var tīrīt mehāniski (birstēšana, spiediena mazgāšana) vai ķīmiski. Tas ir liels pluss pakalpojumiem, kas rada mīkstu vai lipīgu piesārņojumu. Tomēr sīkās poras starp plāksnēm (parasti 2-5 mm) ir jutīgas pret daļiņu, šķiedru vai kristalizējošo vielu aizpildīšanu. Plākšņu apmainītājam ir nepieciešams labi uzbūvēts sietiņš vai filtrs, lai noņemtu daļiņas, kas ir lielākas par aptuveni 1 mm.

PTFE apvalka-un-cauruļu apmainītāji piedāvā lielākus plūsmas kanālus (caurules iekšējais diametrs bieži ir 5–15 mm), un tie ir mazāk pakļauti aizbāžņiem. Gludā zemas berzes PTFE virsma arī novērš daudzu nosēdumu pielipšanu (skatiet rakstu par virsmas enerģiju). Bet tīrīt ir grūtāk." Cauruļu iekšpuses tīrīšanu veic mehāniski (speciāli instrumenti – cauruļu birstes) un nereti arī ķīmiski . Caurules nevar izņemt pa vienai apskatei, no korpusa jāizņem viss saišķis.

Viena no lielajām plākšņu apmaiņas priekšrocībām ir tā, ka, ja blīve sabojājas vai plāksne ir korozija, atsevišķas plāksnes un blīves var nomainīt dažu stundu laikā. PTFE apvalka-un-caurules blokā, ja viena caurule sabojājas, caurule var būt jāaizvieto (samazina virsmas laukumu) vai jānomaina viss cauruļu komplekts, kas ir dārgs un laikietilpīgs uzdevums.

Tipiski pielietojumi katrai tehnikai
Plākšņu-un-rāmju apmainītāji ar PTFE blīvēm bieži tiek izmantoti tīros komunālajos pakalpojumos (ūdens-ūdens, ūdens-glikols, zema spiediena tvaiks), kur šķidrums nav pārmērīgi kodīgs. Tie ir redzami ķīmisko procesu lietojumos:

Atšķaidītu skābju (piemēram, . 10% sērskābes) dzesēšana, ja ir piemērots titāns vai nerūsējošais tērauds.

Apšuvuma vannas tiek izmantotas ar labu filtrēšanu un mērenu temperatūru.

Siltuma atgūšana no salīdzinoši tīrām kodīgām plūsmām.

PTFE apvalka-un-cauruļu apmainītāji ir vēlamais variants ļoti kodīgām, oksidējošām skābēm vai daļiņām{2}}piesātinātām skābēm, piemēram:

Jauktas skābes kodināšanas līnijas (HNO3+HF)

Karstā konc. sālsskābe.

Aqua regia un citi skarbi maisījumi.

Atkritumu skābju apstrāde ar mainīgu šķidruma sastāvu

Salīdzinājuma tabula: plāksne un rāmis pret apvalku un cauruli (PTFE)
Iezīmes plāksne un rāmis ar PTFE PTFE apvalka un caurules blīvēm
Kopējais siltuma pārneses koeficients (U-vērtība) Augsts (3-5 reizes lielāks nekā apvalks-un caurule) Zems (PTFE vadītspēja ierobežota)
Nospiedums (uz darba pienākumu) (1 × bāzes līnija) Mazs, liels (3–5 reizes lielāks)
Maksimālais pastāvīgais spiediens 6-10 bāri (augstāks ar īpašu dizainu) 6-10 bāri caurules pusē (metāla apvalks var būt augstāks)
Maks. nepārtraukta temperatūra 150–180 grādi (blīve -ierobežota) 110–120 grādi (PTFE caurules); 150–180 grādi (PFA caurules)
Izturība pret koroziju ir atkarīga no plākšņu sakausējuma PTFE blīvēm Universāls (PTFE vai PFA uz visām mitrām virsmām)
Jutība pret putekļu daļiņāmAugsta (plānas spraugas, kurām ir tendence aizsprostot) Zema (lielāks caurules diametrs; gluda virsma)
Viegli kopjamsĻoti labs (plāksnes var izjaukt un notīrīt) Taisnīgs (nepieciešama ķīmiska tīrīšana vai cauruļu tīrīšana)
Labojamība Augsta (atsevišķas plāksnes un blīves nomaināmas) Ierobežots (caurules aizbāzšana vai saišķa nomaiņa)
Pirmās izmaksas (piemēram, nodeva) Tīri, vidēji pakalpojumi, zemāki Labāka vispārējā izturība pret koroziju
Tipiski pielietojumi • Tīras atšķaidītas skābes • Apšuvuma vannas • Ūdensapgāde Agresīvas jauktas skābes, oksidējošas skābes, dažāda sastāva atkritumu plūsmas
Lēmumu ceļvedis: pareizā siltummaiņa izvēle
Lēmumam par plākšņu un rāmja apmainītāju ar PTFE blīvēm vai PTFE apvalku un cauruļu bloku jābūt atkarīgam no tīrības, korozijas, spiediena un šķidrumam pieejamās platības.

Izvēlieties plākšņu{0}}un-rāmju apmainītāju, ja:

Procesa šķidrums ir tīrs un daļiņas ir mazākas par 1 mm (vai ir nodrošināta piemērota filtrēšana).

Šķidrums ir saderīgs ar mērenu metālu sakausējumu (nerūsējošais tērauds, titāns, Hastelloy) darba temperatūrā.

Darba spiediens ir zem 10 bāriem un temperatūra ir zem 150 grādiem.

Vieta ir ierobežota, un svarīga ir kompakta platība.

Ļoti svarīga ir viegla izjaukšana un tīrīšana.

Siltummainis tiks izmantots siltuma atgūšanai vai komunālajiem pakalpojumiem, nevis tiešā saskarē ar ļoti reaģējošām jauktām skābēm.

Izvēlieties apvalka{0}}un-cauruļu siltummaini, kas izgatavots no PTFE, ja:

Šķidrums sastāv no spēcīgām oksidējošām skābēm (slāpekļskābe, hroms) vai kombinētām skābēm, kas var uzbrukt jebkuram metālam.

Šķidruma sastāvs ir neparedzams vai slikti raksturots, tāpēc sakausējuma izvēlē pastāv risks.

Šķidrums satur daļiņas, šķiedras vai kristālus, kas var aizsprostot sīkas plākšņu spraugas.

Operating pressure >10 bar or temperature >150 grādi (ar PFA caurulēm).

Nepieciešama universāla izturība pret koroziju, neradot lokālas uzbrukuma vai bedres risku.

Iekārtai nav apkopes iespēju, lai regulāri izjauktu un nomainītu blīves.

Abas tehnoloģijas pastāv blakus--daudzās ķīmisko procesu vidēs. PTFE apvalka-un-caurules apmainītāju var izvēlēties ļoti kodīgai jauktas skābes sildīšanai, savukārt plākšņu-un-rāmja apmainītājs ar titāna plāksnēm un PTFE starplikām nodrošina tīras, atšķaidītas slāpekļskābes dzesēšanas funkciju citur tajā pašā rūpnīcā.

Secinājums: kompakta efektivitāte vai universāla izturība
Plākšņu un rāmju siltummaiņi ar PTFE blīvēm nodrošina augstu termisko efektivitāti un nelielu nospiedumu, pateicoties lielai turbulencei un plānām metāla plāksnēm. To U-vērtības ir trīs līdz piecas reizes lielākas nekā PTFE apvalku un cauruļu vienībām, kā rezultātā ievērojami mazāks laukums un samazināts svars.