שאלת הצפיפות
מחליף חום PTFE המותקן על רצפת מיכל תהליך לא נסער מסתמך על הסעה טבעית-הזרימה המונעת בציפה- שנוצרת על ידי הצינורות המחוממים עצמם-כדי להזרים את נוזל התהליך. צפיפות הצינור-מספר הצינורות למ"ר של רצפת המיכל-קובעת הן את משטח העברת החום הכולל והן את עוצמת זרמי ההסעה הטבעיים.
מעט מדי צינורות, ושטח הפנים הכולל אינו מספיק עבור חובת החום. יותר מדי צינורות ארוזים בחוזקה מדי, והמרווחים בין הצינורות נחנקים. הפלומות הצפות מצינורות סמוכים מתמזגות לטור יחיד ואיטי. נוזל קריר אינו יכול לזרום פנימה מהצדדים כדי להחליף את הנוזל המחומם העולה. ההסעה הטבעית נעצרת, ומקדם העברת החום יורד באופן דרמטי.
צפיפות הצינור האופטימלית ממקסמת את התוצר של שטח הפנים ואת מקדם העברת החום של ההסעה הטבעית-את תפוקת החום הכוללת למ"ר של רצפת המיכל.
פיזיקת אינטראקציית פלומה
כל צינור אופקי מחומם יוצר פלומה עולה של נוזל חם. הפלומה רחבה בערך כמו קוטר הצינור על פני הצינור ומתרחבת ככל שהיא עולה. צינורות סמוכים יוצרים פלומות סמוכות. אם הצינורות מרווחים קרוב מדי, הפלומים מתמזגים מיד מעל הצינורות. לפלומה הממוזגת יש טמפרטורה ממוצעת גבוהה יותר ומהירות נמוכה יותר מזו שתהיה לנונות בודדות. המהירות הנמוכה מפחיתה את מקדם העברת החום.
אם הצינורות מרווחים בצורה רחבה, הפלומים נשארים נפרדים. נוזל קריר יכול לזרום כלפי מטה בין הפלומים כדי להחליף את הנוזל העולה. המחזור נמרץ. מקדם העברת החום גבוה. אבל שטח הפנים הכולל מוגבל על ידי המרווח הרחב.
המרווח האופטימלי הוא המרווח הקרוב ביותר שעדיין מאפשר פיתוח פלומה אינדיבידואלית והחזרת נוזל קרירה בין פלומה. זהו כ-2.5-3.5 קוטר צינור ממרכז-למרכז עבור צינורות אופקיים במים בטמפרטורות תהליך טיפוסיות.
| מרווח בין צינורות (× Tube OD) | צינורות למ"ר (10 מ"מ OD) | שטח פנים למ"ר (מ"ר) | מקדם העברת חום יחסי | תפוקת חום יחסית למ"ר |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 4,444 | 1.40 | 0.55 | 0.77 |
| 2.0 | 2,500 | 0.79 | 0.72 | 0.57 |
| 2.5 | 1,600 | 0.50 | 0.85 | 0.43 |
| 3.0 | 1,111 | 0.35 | 0.93 | 0.33 |
| 3.5 | 816 | 0.26 | 0.97 | 0.25 |
| 4.0 | 625 | 0.20 | 1.00 | 0.20 |
קו בסיס: צינור מבודד במרווח של 4.0×. אורך צינור=10 מ"מ.
המלצת צפיפות אופטימלית
תפוקת החום המקסימלית למ"ר של רצפת המיכל מתרחשת בקירוב של 2.0-2.5 קוטר צינורות במרווח -צפיפות צינורות של 1,600-2,500 צינורות למ"ר. מרווח זה מספק את ההחלפה הטובה ביותר בין שטח פנים ומקדם הסעה עבור רוב יישומי התהליך.
עבור מיכלים שבהם חובת החום היא המגבלה העיקרית ושטח רצפת המיכל מוגבל, המרווח הדק יותר (2.0× צינור OD) מספק יותר תפוקת חום ליחידת שטח. עבור מיכלים שבהם היעילות האנרגטית היא בראש סדר העדיפויות ושטח הרצפה זמין, המרווח הרחב יותר (2.5-3.0× צינור OD) מספק מקדם העברת חום גבוה יותר וצריכת קיטור נמוכה יותר עבור אותה חובת חום.
אפקט המרווח האנכי
אם לצרור הצינורות יש מספר שורות מוערמות אנכית, המרווח האנכי בין השורות משפיע על ההסעה בצורה שונה מהמרווח האופקי. צינורות בשורות העליונות יושבים בנומרות הצינורות שמתחתם. המרווח האנכי חייב להיות מספיק כדי שהנוצה תתערבב עם נוזל סביבה קריר יותר ותאבד חלק מעליית הטמפרטורה שלו לפני שתגיע לשורה הבאה.
המרווח האנכי המומלץ הוא 3.0-4.0 קוטר צינור ממרכז-למרכז. זה מאפשר לנוצה מצינור תחתון להכניס מספיק נוזל קריר כך שלצינור העליון עדיין יש הפרש טמפרטורות שימושי להעברת חום.
תַקצִיר
צפיפות הצינור האופטימלית עבור מחליף חום PTFE רצפה- בהסעה טבעית היא 1,600-2,500 צינורות למ"ר, המתאים למרווח צינור של 2.0-2.5 קוטר צינורות. מרווח זה מאזן את הדרישות המתחרות של שטח פנים ומקדם הסעה כדי למקסם את תפוקת החום הכוללת. שורות אנכיות צריכות להיות מרווחות בקוטר של 3.0-4.0. מרווחים הדוקים יותר חונקים את ההסעה; מרווח רחב יותר מבזבז את שטח הרצפה.
תמיכה הנדסית עבור אופטימיזציה של צפיפות צינורות מחליף חום PTFE זמינה עם הגשת ממדי מיכל, חובת חום, תכונות נוזל תהליך וסטטוס ערבול.
