Jak wybrać właściwą średnicę rury dla wymiennika PTFE obsługującego szlam włóknisty?

Papiernia lub przemysł tekstylny wysyła strumień odpadów zawierający długie, sztywne i ciągnące się włókna. Przepuść to przez konwencjonalny wymiennik ciepła PTFE z wąskimi rurkami 6 mm i masz przepis na szybką, całkowitą i irytującą wtyczkę. Pasma będą sięgać ponad wejście do tuby, tworząc splątaną matę i przenoszenie ciepła ulegnie zakłóceniu. Pierwszym i najważniejszym krokiem w konstrukcji wymiennika jest wybór wystarczająco dużej rurki, aby zwitek najgorszych-włókien mógł przejść prosto i bez zaczepiania się. Wybór wymiennika PTFE o odpowiedniej średnicy rury do zawiesin włóknistych jest pierwszym i najważniejszym krokiem w kierunku niezawodnego, łatwego w utrzymaniu systemu chłodzenia lub ogrzewania.

Logika projektowania: poświęcenie wydajności cieplnej na rzecz zapewnienia przepływu
Dlaczego ogólnie zalecane są małe średnice
Główną zaletą termiczną rurki PTFE jest jej ogromny stosunek powierzchni do objętości, który najlepiej osiągnąć przy małej średnicy. Wąskie rurki (na przykład średnica wewnętrzna 4–6 mm) zajmują większą powierzchnię wymiany ciepła w danej objętości płaszcza, kosztują mniej materiału i powodują przepływ turbulentny przy niższych prędkościach. Jest to najlepszy projekt dla czystych płynów. Jednak w przypadku zawiesiny włóknistej ta logika cieplna nie ma zastosowania, jeśli rury zostaną zatkane. Zablokowana rura nie przewodzi ciepła.

Złota zasada: średnica rury większa niż długość włókna
The engineer must select a tube with an inner diameter that is much greater than the longest fibres in the slurry. A good safe place to start is a 10mm or 12mm inner diameter (ID) tube. For very long fibres (e.g., >10 mm) mogą być konieczne średnice od 15 do 20 mm. Będzie to oczywiście prowadzić do większego wymiennika przy tym samym obciążeniu cieplnym i niższej prędkości bocznej płaszcza, co może wymagać dodatkowych przegród lub wyższego całkowitego natężenia przepływu. Kompromis jest oczywisty: nieco większy, mniej wydajny termicznie wymiennik, który faktycznie działa, w porównaniu z małym, wydajnym termicznie wymiennikiem, który jest zawsze podłączony.

Aby zapewnić przepływ ciepła, zlepki włókien muszą mieć możliwość przemieszczania się po dużej, otwartej autostradzie; wąski, kręty kanał stanie się po prostu zatkanym i bezużytecznym kanałem. Nadal potrzebny jest filtr siatkowy lub ekran w górę strumienia, aby usunąć większe zanieczyszczenia, ale rura musi być w stanie przejść przez wszelkie przechodzące włókna.

Techniczne aspekty niezawodnego działania
Prędkość po stronie metra
Prędkość po stronie rury również musi być utrzymywana na wysokim poziomie – zwykle powyżej 2 m/s – aby zapobiec osiadaniu lub przyklejaniu się włókien do ścianki rury. Przy małych prędkościach, pod wpływem grawitacji, na dnie poziomych rur gromadzi się materiał włóknisty, w wyniku czego stopniowo tworzy się złoże utrudniające przepływ. Wyższe prędkości (do 3–4 m/s, ograniczone spadkiem ciśnienia) utrzymują włókna w zawiesinie i pomagają wypłukać wszelkie przejściowe osady-z wymiennika. To wymaganie dotyczące prędkości wpływa również na wybór średnicy rury, ponieważ większe rury wymagają większego natężenia przepływu, aby wytworzyć tę samą prędkość, co może zwiększyć moc wymaganą do pompowania.

Układ rur i skorupa-Aspekty boczne
W przypadku włóknistych zawiesin po stronie rury zatykanie jest mniej konieczne ze względu na konstrukcję strony płaszcza, ale dostęp do czyszczenia jest nadal ważny. Zamiast układu trójkątnego wybrano kwadratowy układ rur, ponieważ zapewnia proste, niezakłócone przejścia pomiędzy rzędami rur i umożliwia mechaniczne czyszczenie strony płaszcza w przypadku zanieczyszczenia. Jednak średnica rury nadal stanowi główne zabezpieczenie przed zatykaniem. Niezależnie od tego, jak doskonała jest architektura, jeśli średnica rury jest zbyt mała, żadna ilość przegród po stronie płaszcza lub dostęp do czyszczenia nie zapobiegnie zatykaniu rury.

Inne aspekty projektu
Geometria wejścia rury: Gładki promień lub rozszerzenie na wlocie zapobiega zaczepianiu się włókien o ostre krawędzie. Rury powinny być zlicowane z powierzchnią sitową, bez wystających krawędzi.

Tube length: A shorter tube (e.g. 1-2 m) is easier to rod out if a blockage occurs. For very long tubes (>3 m) czyszczenie mechaniczne jest niepraktyczne.

Odwracalność Wymiennik powinien być skonstruowany tak, aby umożliwiał odwrócenie przepływu (tzn. umożliwiał przepływ w dowolnym kierunku), tak aby tymczasowe blokady mogły zostać usunięte poprzez-płukiwanie wsteczne.

Praktyczne wskazówki dotyczące selekcji
Maksymalna długość włókna Minimalna zalecana średnica tuby ID Typowe zastosowanie < 3 mm 6-8 mm Cienka masa papiernicza, wykończenia tekstylne
10 mm 3–6 mm Odpady biologiczne, zwykła woda biała z przemysłu-papierniczego
12-15 mm 6-10 mm Gruba pulpa, rozdrobnione odpady, okazjonalnie zawiesiny spożywcze > 10 mm 15-20 mm lub na zamówienie Zawartość szmat, długie włókna syntetyczne
Liczby dotyczą rozcieńczonej zawiesiny (< 5% fibres by weight). Larger diameters and lower velocities are necessary at greater concentrations to avoid bridging.

Nieunikniony kompromis-: rozmiar a zatykanie
Średnica rury wpływa bezpośrednio na wielkość i koszt wymiennika. Pole powierzchni na jednostkę długości jest proporcjonalne do średnicy, więc aby uzyskać tę samą powierzchnię przy danym obciążeniu cieplnym, rura o średnicy wewnętrznej 10 mm potrzebuje około 44% więcej rur (lub dłuższych rur) niż rurka o średnicy wewnętrznej 12 mm. Wymaga to zwiększenia średnicy płaszcza, a co za tym idzie, kosztów materiałów i produkcji. Jednakże koszt regularnych przestojów w celu oczyszczenia zatkanego wymiennika jest prawie zawsze większy niż początkowa premia kapitałowa za większy typ wymiennika z możliwością podłączenia do sieci. Rozmiar otworu jest zazwyczaj najważniejszym aspektem projektu w bitwach typu solid-do-solidnych.

Wniosek: wygrana wojna z podłączaniem
The simple bold decision of a large-bore tube wins the war against plugging in a PTFE exchanger handling a fibrous slurry. Tube inlet bridging avoided with inner diameter of 10 mm or more, sufficient tube-side velocity (>2 m/s) i naprężenie przed. Ta alternatywa jest niezawodnym, łatwym w utrzymaniu i trwałym rozwiązaniem w zakresie wymiany ciepła, ale powoduje utratę pewnej wydajności wymiany ciepła i zwiększa rozmiar wymiennika. W przypadku brył rozmiar otworu jest często najważniejszym elementem projektu.