בעיית ההתיישבות
מיכלי עיבוד המכילים מוצקים מרחפים-תמיסות עיבוד מינרלים, מי שפכים עם מתכות משקעות, אמבטיות ציפוי אלקטרוניקה עם בוצת אנודה-מטילים חלקיקים באופן רציף על משטחים שקועים. מחליף החום PTFE, עם אנרגיית פני השטח הנמוכה שלו, מתנגד להידבקות טוב יותר ממתכות, אך אפילו PTFE אינו יכול להשיל חלקיקים השוקעים תחת כוח הכבידה כאשר מהירות הנוזל נמוכה מכדי לשמור אותם בהשעיה.
ברגע ששכבה של מוצקים מיושבים מכסה את פני הצינור, היא פועלת כבידוד. מקדם העברת החום יורד. מערכת הבקרה מגבירה את לחץ הקיטור כדי לפצות, מעלה את טמפרטורת דופן הצינור ואפייה של המשקע לסקאלה קשה. יש להסיר את האבנית בצורה מכנית או כימית, המחייבת התערבות תחזוקה.
מהירות הזרימה המינימלית למניעת שקיעת חלקיקים תלויה בגודל החלקיקים, בצפיפות ובצורה, ובגיאומטריה של צרור הצינור. עבור תהליך נתון, שמירה על מהירות הנוזל מעל סף זה שומרת על חלקיקים בהשעיה ועל משטחי הצינור נקיים.
חישוב המהירות הקריטית
המהירות הקריטית להשעיית חלקיקים היא מהירות הנוזל שבה הכוחות הסוערים כלפי מעלה על חלקיק מאזנים את כוח השקיעה הכבידתי. עבור חלקיק כדורי, מהירות השקיעה הסופית בנוזל דומם ניתנת על ידי חוק סטוקס (עבור חלקיקים קטנים, Re < 1): v_t=(ρ_p - ρ_f) × g × d² / (18 × μ), כאשר ρ_p הוא צפיפות החלקיקים, ρ_p הוא צפיפות החלקיקים, ρ_p הוא צפיפות הנוזל, ρ_f הוא צפיפות הנוזל, ρ_f הוא צפיפות הנוזל, g הוא צפיפות הנוזל, g צמיגות.
מהירות הנוזל הנדרשת כדי לשמור על החלקיק בהשעיה היא בדרך כלל פי 5-10 ממהירות השקיעה הסופית, בהתאם לעוצמת הטורבולנציה. עבור צרור צינורות, המהירות המעניינת היא מהירות הזרימה הצולבת- בין צינורות - מהירות הנוזל כשהוא עובר דרך הרווחים בין צינורות סמוכים.
| סוג חלקיקים | קוטר (מיקרומטר) | צפיפות (ק"ג/מ"ר) | מהירות יציבות מסוף (מ"מ/שניות) | צלב מינימלי-מהירות זרימה (מ/ש) |
|---|---|---|---|---|
| סחף עדין | 10 | 2,500 | 0.08 | 0.05-0.10 |
| פלומת מתכת הידרוקסיד | 50 | 1,500 | 0.7 | 0.10-0.20 |
| חוֹל | 100 | 2,600 | 8.7 | 0.20-0.40 |
| חול גס | 500 | 2,600 | 217 | לא מעשי להשעות; דורש הסרה מכנית |
יתרון ה-PTFE Surface
אנרגיית פני השטח הנמוכה של PTFE (18-20 mN/m) מספקת מרווח בטיחות מתחת למהירות הקריטית התיאורטית. חלקיקים המתקשרים עם משטח PTFE נוטים פחות להידבק מאשר חלקיקים המגעים עם משטח תחמוצת מתכת באנרגיה גבוהה-. כוחות ההיצמדות-ואן דר ואלס, אלקטרוסטטיים-חלשים יותר. חלקיק שמתיישב על PTFE בתנאי מהירות-נמוכים עלול להיסחף מחדש כאשר המהירות עולה, בעוד שאותו חלקיק על משטח מתכת עשוי להישאר מחובר.
משמעות ההשפעה הזו היא שמחליפי חום PTFE יכולים לפעול במהירויות של 10-20% מתחת למהירות הקריטית התיאורטית למתכות מבלי לחוות עיקול שווה. אין להסתמך על השוליים כאסטרטגיית מניעת הדבקה היחידה, אך הוא מספק מידה נוספת של הגנה בתקופות של זרימה נמוכה.
המשמעות של עיצוב התסיסה
עבור מיכלים שבהם ההסעה הטבעית מהצינורות המחוממים אינה מספקת מהירות זרימה צולבת מספקת, יש להשתמש בערבול מכני או בסירקולציה שאובה. עיצוב התסיסה צריך לספק את המהירות המינימלית הנדרשת בכל הנקודות בחבילת הצינור, לא רק ממוצע. אזורים מתים-פינות, מרכז מערכי צינורות גדולים, אזורים מסוככים על ידי לוחות תמיכה-יש לזהות על ידי מודל זרימה או בדיקת צבע ולטפל בהם על ידי מיקום מחדש של חרירי ערבול או הוספת זרימה מכוונת-.
ניתן להגדיר מחליפי חום של PTFE לעבודה עם דפוס זרימת התסיסה, עם מרווחי צינורות ולוחות מגן שנועדו לפזר זרימה אחידה על פני הצרור.
תַקצִיר
מהירות הזרימה המינימלית של -הצלבה למניעת שקיעת חלקיקים על מחליף חום PTFE נעה בין 0.05 מ"ש לשנייה עבור סחף עדין ל-0.4 מ"ש לחול. אנרגיית פני השטח הנמוכה של PTFE מספקת מרווח של 10-20% מתחת למהירות הקריטית התיאורטית על ידי הפחתת הידבקות החלקיקים. עיצוב התסיסה חייב להבטיח שהמהירות המינימלית מושגת בכל צרור הצינור, לא רק בממוצע. מודל זרימה או בדיקת צבע מזהה אזורים מתים הדורשים תשומת לב.
תמיכה הנדסית בתכנון ערבול וזרימה של מחליף חום PTFE זמינה עם הגשת התפלגות גודל החלקיקים, צפיפות, תכונות הנוזל וגיאומטריית צרור הצינורות.
