Dynamický tepelný výměník se škrábancem - Dynamic scraped surface heat exchanger - Wikipedia

The dynamický seškrábaný povrchový výměník tepla (DSSHE) byl navržen tak, aby čelil některým problémům nalezeným u jiných typů Tepelné výměníky. Zvyšují přenos tepla: odstraněním zanášení vrstev, zvyšuje se turbulence v případě vysoké viskozita toku a zabránění tvorbě ledu a dalších vedlejších produktů procesu. DSSHE obsahují vnitřní mechanismus, který pravidelně odebírá produkt ze stěny přenosu tepla.

Úvod

Nejdůležitější technologie pro nepřímé přenos tepla používejte tuby (shell-and-tube výměníky ) nebo rovné povrchy (deskové výměníky). Jejich cílem je výměna maximálního množství tepla na jednotku plochy generováním tohoto množství turbulence jak je to možné níže uvedeno čerpací limity výkonu. Typické přístupy k dosažení tohoto cíle spočívají v zvlnění trubek nebo desek nebo prodloužení jejich povrchu pomocí ploutve.

Nicméně, tyto technologie konformace geometrie, výpočet optima hromadné toky a další faktory související s turbulencemi se sníží, když zanášení se objevuje, což zavazuje designéry, aby se vešly výrazně větší plochy pro přenos tepla. Existuje několik typů znečištění, včetně akumulace částic, srážky (krystalizace ), sedimentace, generace led vrstvy atd.

Dalším faktorem způsobujícím potíže přenosu tepla je viskozita. Vysoce viskózní tekutiny mají tendenci generovat se hluboko laminární proudění, stav s velmi špatným rychlosti přenosu tepla a vysoká tlakové ztráty zahrnující značnou čerpací sílu, často překračující konstrukční limity výměníku. Tento problém se při zpracování často zhoršuje nenewtonský tekutiny.

Dynamické výměníky tepla se škrábaným povrchem (DSSHE) byly navrženy tak, aby čelily výše uvedeným problémům. Zvyšují přenos tepla tím, že: odstraňují usazené vrstvy, zvyšují turbulenci v případě toku s vysokou viskozitou a zabraňují tvorbě ledu a dalších vedlejších produktů procesu.

Základní popis

Dynamické výměníky tepla se seškrábnutým povrchem obsahují vnitřní mechanismus, který pravidelně odebírá produkt ze stěny pro přenos tepla. Strana produktu je poškrábána noži připevněnými k pohyblivému hřídeli nebo rámu. Čepele jsou vyrobeny z tuhého plastu, aby se zabránilo poškození poškrábaného povrchu. Tento materiál je FDA schváleno v případě použití v potravinách.

Typy

V zásadě existují tři typy DSSHE v závislosti na uspořádání nožů:

  1. Rotující trubkové DSSHE. Hřídel je umístěna rovnoběžně s osou trubky, nemusí být nutně shodná, a otáčí se na různých frekvencích, od několika desítek ot / min na více než 1000 ot / min. Počet lopatek osciluje mezi 1 a 4 a může využít odstředivé síly škrábat vnitřní povrch tuby. Příklady jsou Waukesha Cherry-Burrell Votator II, Alfa Laval Contherm, Terlet Terlotherm a Kelstreamův poškrábaný povrchový výměník tepla. Dalším příkladem je Výměníky tepla HRS Řada R.
  2. Vratné, trubkové DSSHE. Hřídel je soustředná s trubkou a pohybuje se podélně bez otáčení. Frekvence se pohybuje mezi 10 a 60 údery za minutu. Čepele se mohou lišit co do počtu a tvaru, od usměrňovacích uspořádání až po konfigurace perforovaných disků. Příkladem je Výměníky tepla HRS Unicus.
  3. Rotační deskové DSSHE. Čepele otírají vnější povrch kruhových desek uspořádaných do série uvnitř pláště. Topná / chladicí kapalina běží uvnitř desek. Frekvence je asi několik desítek ot / min. Příkladem je HRS Spiratube T-Sensation.

Hodnocení

Výpočetní dynamika tekutin (CFD) jsou standardní nástroje pro analýzu a hodnocení výměníků tepla a podobných zařízení. Pro účely rychlého výpočtu se však hodnocení DSSHE obvykle provádí pomocí ad hoc (polo)empirický korelace založeno na Buckinghamova věta:

Fa = Fa (Re, Re ', n, ...)

pro tlakovou ztrátu a

Nu = Nu (Re, Re ', Pr, Fa, L / D, N, ...)

pro přenos tepla, kde Nu je Nusseltovo číslo, Re je standard Reynoldsovo číslo na základě vnitřního průměru trubky, Re' je konkrétní Reynoldsovo číslo založené na frekvenci stírání, Pr je Prandtl číslo, Fa je Faktor tření při větrání, L je délka trubky, D je vnitřní průměr trubky, n je počet čepelí a tečky představují další relevantní bezrozměrný parametry.

Aplikace

Rozsah aplikací pokrývá řadu průmyslových odvětví, včetně jídlo, chemikálie, petrochemický a farmaceutické. DSSHE jsou vhodné, kdykoli jsou produkty náchylné k znečištění, velmi viskózní, částicové, citlivé na teplo nebo krystalizující.

Viz také

Reference

  • Bott, T. R. (květen 1966). Návrh seškrábaných povrchových výměníků tepla. II, č. 5. British Chemical Engineering. 338–339.
  • Bott, T. R. (listopad 2001). K faulu nebo k faulu. Časopis CEP. 30–37.
  • Bott, T. R.; Romero, J. J. B. (říjen 1963). Přenos tepla přes poškrábaný povrch. Canadian Journal of Chemical Engineering. 213–219.
  • Chong, A. (2001). Studie tepelného výměníku seškrábaného povrchu v aplikacích na výrobu ledu, M. Sc. Teze. University of Toronto.
  • Tähti, T. (2004). Suspension Melt Crystallization in Tubular and Scraped Surface Heat Exchangers, Ph. D. Thesis. Martin-Luther-Universität.