Hur dimensionerar man en PTFE-värmare för en tank med en sidomonterad-propelleromrörare?

En sidomonterad- propelleromrörare skapar en stark horisontell ström av vätska, som flyter runt tanken som en flod. En elpatron i PTFE nedsänkt i denna strömmande rörelse kan avleda värme mycket mer effektivt än en som arbetar i en vilande tank. Men värmaren måste placeras ordentligt i det cirkulerande flödet - i det snabba, ingående flödet precis innan propellern drar vätskan inåt.

I den tekniska svårigheten att dimensionera PTFE-värmarsidans propelleromrörarsystem är omröraren mer än en blandningsanordning. Den tar en aktiv del i värmarens kylmekanism. Omröraren och värmaren är korrekt integrerade för att erbjuda dramatiskt förbättrad termisk prestanda samtidigt som PTFE-manteltemperaturerna hålls säkra.

Varför omröring påverkar värmarens storlek
Elpatronen i PTFE överför energi till vätskan genom konvektion vid mantelytan.

I en orörlig pool:

Det huvudsakliga transportsättet för värme är genom naturlig konvektion

Varm vätska sipprade långsamt från höljet

Det ersätts långsamt av svalare vätska

Ytkylningen är fortfarande begränsad

PTFE-värmare måste köras med konservativ wattdensitet under dessa förhållanden för att förhindra att manteln överskrider sin praktiska temperaturgräns på cirka 110 grader vid nedsänkning.

En propeller på sidan påverkar denna värmebild avsevärt.

Forcerad konvektion förbättrar värmeöverföringen.
Propellern för aktivt vätska över värmarens yta och producerar på så sätt forcerad konvektion.

Högre vätskehastighet
Vätskans hastighet ökar:

Gränsskikten är tunnare

Värme förs bort snabbare

Förbättrad ytkylning

Minskad risk för lokal överhettning

Värmeöverföringskoefficienten ökar avsevärt när flödet forceras.

Reynolds nummer för termisk prestanda
Värmeöverföringskoefficienten för den forcerade konvektionen påverkas avsevärt av Reynolds-talet.

Reynolds-talet växer med:

Högre vätskehastigheter

Större karaktäristiska storlekar

Vätska med lägre viskositet

En ökning av omrörarhastigheten ökar omrörningen av vätskan som omger värmaren, vilket ökar turbulensen och blandningen och förbättrar värmeevakueringen från PTFE-manteln.

Denna förbättrade kylningsförmåga tillåter ökad värmarebelastning utan att bryta mot säkra manteltemperaturbegränsningar.

Ökad wattdensitetskapacitet
En av de stora fördelarna med sidomonterade-omrörare är potentialen att förbättra värmarens wattäthet.

Ökad typisk wattdensitet
Påtvingad agitation kan ofta tillåta jämfört med naturliga konvektionsförhållanden:

Tillåten wattdensitet 20 % till 50 % högre

Den exakta ökningen beror på

Vätskors egenskaper

Strömningshastighet

Tankars geometri

Värmare plats

Design av agitator

Denna större tillåtna belastning kan minska:

Värmare storlek

Antal element som behövs

Installationsfotavtryck

Elektrisk komplexitet.

Låt nuet utföra uppgiften att kyla höljet.

Betydelsen av placeringen av din värmare
Den viktigaste regeln i ett sidopropelleromrörarsystem för PTFE-värmare är den korrekta placeringen.

Kylkvaliteten är olika i alla delar av flödet i tanken.

Bästa position: Framför propellerinloppet
Var är den bästa platsen för en värmare?

På tankens vägg

Strax över propintaget

I den starkaste inkommande flödesregionen

Detta område omfattar i allmänhet:

Vätskans konstant hastighet

Enhetlig kylning.

Konsekvent riktningsrörelse

Maximal konvektiv effektivitet

Det inkommande flödet sveper konstant kallare vätska över värmeytan innan det kommer in i omrörarbladen.

Detta leder till mycket effektiv och förutsägbar mantelkylning.

Utsläppszonen: varför du bör hålla dig utanför den
Propellerns utloppsregion kan verka aktivt men är vanligtvis en dålig plats att lokalisera en värmare.

Utmaningar i strömmen av urladdning
Utsläppszonen består vanligtvis av:

Turbulenta virvlar och

Virvlande återcirkulation

Fluktuationer i hastighet

Mekaniska vibrationer

Sådana ostadiga flödesförhållanden kan orsaka:

Icke-jämn manteluppvärmning

Lokala hotspots

Hydrodynamiska belastningar i oscillation

Vibrationströtthet

Upprepad mekanisk påfrestning på PTFE-värmare direkt i utloppsströmmen kan leda till en kortare livslängd.

Uppskattning av flödeshastighet
Vätskehastigheten vid värmarens position måste uppskattas för att kunna dimensionera värmaren korrekt.

Metoder för hastighetsuppskattning
Omrörarens flödeshastighet kan bestämmas från:

Propellerns diameter

Rotationshastighet (rpm)

Stigning av propeller

Tank geometrier

Utvärdering För att vara mer exakt kan den innehålla:

Computational fluid dynamics (CFD)

Flödesmätsonder

Färgprovning

Tillverkarens prestandakurvor

Mer exakta hastighetsuppskattningar skapar förtroende för tillåten wattdensitetsberäkningar.

Krav på mekaniskt stöd
En värmare under forcerat flöde utsätts för kontinuerlig hydrodynamisk belastning.

Förstärkande strukturer
Stödstrukturen ska utformas för att motstå:

Konstant dragkraft.

Flödesinducerade-vibrationer

Mekanisk stress (cyklisk)

Vridmoment-laddning

Vanliga stödåtgärder inkluderar:

Förstärkta monteringsfästen

Kors-stag

Vibrationsbeständiga distanser

Styva ankare på tanksidan

Långvariga vibrationer under otillräckliga stödförhållanden kan leda till:

Sprickor på grund av trötthet

Lossning av montering

Elektriska fel

Skador på PTFE-manteln

Fluid Property Count
Effektiviteten av forcerad konvektion är starkt beroende av själva processvätskan.

Vätskor med låg viskositet
Vätskor som är tunna som:

Vatten.

Syror, Späd

Lösningar för plätering

svarar bra på omrörning och genererar avsevärd konvektiv kylning.

Vätskor med hög viskositet
Mer viskösa lösningar resulterar i:

Låga Re-nummer

Mindre stötar

Tjockare termiska gränsskikt

I vissa system kan fördelen med omrörning vara minskad och mer konservativt val av wattdensitet kan krävas.

Några andra designöverväganden
Det finns också några ytterligare aspekter att beakta vid dimensionering av värmare.

Undvikande av kavitationsområde
Värmaren bör inte placeras i lågtryckskavitationsområdena som bildas av propellern.

Att hålla nedsänkningsdjupet
• Bibehåll korrekt vätsketäckning under omrörning och justeringar av processnivån.

Temperatursensorns placering
Kontrolltermoelement bör placeras i representativa blandade flödesområden och inte i direkt kontakt med värmaren.

Praktiska fördelar med agiterade värmesystem
Prestandan för hela termiska systemet kan förbättras avsevärt med rätt integration av en sidomonterad-omrörare.

Förmånerna inkluderar:

Snabbare uppvärmningstider

jämn temperatur i tanken

Mindre värmarens fotavtryck

Bättre energieffektivitet

Lägre temperatur på höljet

Längre livslängd för värmare

Följaktligen ger kontrollerad blandning med effektiv uppvärmning ofta en mer stabil processmiljö i ballasten.

Abstrakt
En sidomonterad- propelleromrörare kan ge en betydande termisk fördel i PTFE-doppvärmarsystem genom att kraftigt förbättra den forcerade konvektionen runt värmemanteln. Den högre vätskehastigheten ökar värmeöverföringskoefficienten och möjliggör mycket högre wattdensiteter än vad som skulle vara säkert i en naturligt konvektionstank.

Hemligheten bakom framgång är bra placering. Att placera värmaren uppströms omrörarintaget innebär att manteln ligger i ett starkt, konsekvent inkommande flöde, vilket ger effektiv, jämn kylning. Däremot kan läget i den turbulenta utloppsströmmen ge problem med vibrationer, instabil kylning och mekanisk utmattning.

Genom att tillhandahålla exakt flödesuppskattning, robust mekaniskt stöd och noggrann integration mellan blandare och värmare, kan systemet fungera på ett mer kompakt och effektivt sätt, samtidigt som säkra PTFE-drifttemperaturer bibehålls.

Värmaren och omröraren bör inte vara konkurrerande komponenter om utrymmet i bra processtankdesign. De bästa termiska systemen är de där blandning och uppvärmning är tänkt som en samverkande enhet.