बॉल टर्ब्युलेटर (पैक्ड बेड) पीटीएफई ट्यूबों में उच्च प्रदूषण सेवाओं के लिए कैसे काम करते हैं?

मानक टर्ब्यूलेटर घोल या अन्य अत्यधिक दूषित तरल पदार्थों से अवरुद्ध हो जाते हैं। ट्यूब छोटे चल गोले के एक बिस्तर से भरी हुई है जो गर्मी हस्तांतरण वृद्धि और यांत्रिक डीस्केलिंग के साथ एक स्व-सफाई मोड प्रदान करती है।

हीट एक्सचेंजर ट्यूबों का खराब होना - समस्या
कई रासायनिक, फार्मास्युटिकल और बायोप्रोसेसिंग अनुप्रयोगों में हीट ट्रांसफर सतहों में गंदगी होने का खतरा होता है। फाउलिंग, लवण, कार्बनिक अवशेष, पोलीमराइजेशन उपोत्पाद या जैविक फिल्मों जैसे पदार्थों का जमाव है। दूषण परत के निर्माण के साथ थर्मल प्रतिरोध काफी बढ़ जाता है, और सफाई शटडाउन की अक्सर आवश्यकता होती है। मुड़े हुए टेप या तार के तार जैसी पारंपरिक वृद्धि विधियाँ, जबकि स्वच्छ तरल पदार्थों के लिए सहायक होती हैं, समस्या को बढ़ाती हैं क्योंकि वे जमाव को जुड़ने और फैलने के लिए दरारें देती हैं।

पीटीएफई टयूबिंग के लिए, जिसे संक्षारण प्रतिरोध और रासायनिक जड़ता के लिए चुना गया है, दूषण विशेष रूप से कठिन हो सकता है क्योंकि पीटीएफई की हाइड्रोफोबिक, कम घर्षण सतह कम हो जाती है, लेकिन आसंजन को नहीं रोकती है। अत्यधिक दूषित सेवाओं के लिए, अधिक आक्रामक, स्वयं सफाई समाधान की आवश्यकता है।

गेंदों से भरा बिस्तर कैसे काम करता है
बॉल टर्ब्यूलेटर ट्यूब को भरने वाले छोटे ढीले गोले का एक भरा हुआ बिस्तर है। आमतौर पर गेंदें पीटीएफई से या एल्युमिना या ज़िरकोनिया जैसी सिरेमिक सामग्री से बनती हैं, जो प्रक्रिया द्रव के साथ पूरी तरह से रासायनिक रूप से संगत होती हैं। व्यास आमतौर पर 3-8 मिमी होते हैं, जिन्हें लगभग 35-40% शून्य प्रतिशत के साथ एक बिस्तर बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। बिस्तर को ढीले ढंग से पैक किया गया है (गेंदों को एक साथ जोड़ा या चिपकाया नहीं गया है) और स्क्रीन या छिद्रित अंत कैप द्वारा ट्यूब में रखा गया है।

प्रक्रिया द्रव ट्यूब के माध्यम से चलता है, और गेंदों के बीच घुमावदार अंतरालीय स्थानों के माध्यम से बुनाई के लिए मजबूर होता है। इसके परिणामस्वरूप निम्न वैश्विक प्रवाह दर पर बहुत अधिक स्थानीय वेग और तीव्र अशांति उत्पन्न होती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि गेंदें स्वयं आराम की स्थिति में नहीं हैं। वे तरल पदार्थ की गति से हिलते और घूमते हैं और कभी-कभी पीटीएफई ट्यूब की भीतरी दीवार से टकराते हैं। हिट कम ऊर्जा वाले होते हैं और दीवार को साफ रखने के लिए बनने वाले किसी भी जमाव को भौतिक रूप से हटा देते हैं।

बॉल टर्ब्यूलेटर के साथ पैक्ड बेड पीटीएफई ट्यूब डिज़ाइन में, गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया दो गुना होती है। सबसे पहले, अराजक प्रवाह पथ किसी भी स्थिर प्रविष्टि की तुलना में थर्मल बाधा परत को कहीं अधिक कुशलता से बाधित करता है। दूसरे, घूमने वाली गेंदों के साथ निरंतर दीवार संपर्क एक अतिरिक्त प्रत्यक्ष प्रवाहकीय पथ और गति हस्तांतरण प्रदान करता है, जिससे गर्मी हस्तांतरण गुणांक में काफी वृद्धि होती है।

प्रदर्शन विशेषताएँ ऊष्मा स्थानांतरण बनाम दबाव हानि
बॉल टर्ब्यूलेटर में बहुत अधिक गर्मी हस्तांतरण गुणांक हो सकते हैं, जो अक्सर समान प्रवाह परिस्थितियों के लिए एक खाली ट्यूब के 2 से 4 गुना अधिक होते हैं। नुसेल्ट संख्या की वृद्धि कसकर मुड़े हुए टेप डालने के बराबर है, लेकिन निरंतर दीवार की सफाई के महत्वपूर्ण अतिरिक्त लाभ के साथ।

दबाव में कमी एक बड़ा बदलाव है-। खचाखच भरा बिस्तर बड़े प्रवाह प्रतिरोध का कारण बनता है। गेंद के व्यास, पैकिंग घनत्व और प्रवाह वेग के आधार पर दबाव में कमी आमतौर पर खाली ट्यूब की तुलना में 5 से 15 गुना अधिक होती है। इसलिए इस तकनीक का उपयोग केवल उन सेवाओं के लिए किया जाता है जहां फाउलिंग संयंत्र की उपलब्धता पर मुख्य बाधा है। ऐसी परिस्थितियों में, अतिरिक्त पंपिंग ऊर्जा को अनिर्धारित सफाई शटडाउन को हटाने, रखरखाव श्रम में कमी और लंबे समय तक स्थिर थर्मल प्रदर्शन द्वारा उचित ठहराया जाता है।

विशेष अनुप्रयोगों जैसे चिपचिपे पॉलिमर घोल को गर्म करना या क्रिस्टलीकरण समाधानों से गर्मी पुनर्प्राप्त करना या उच्च सेल मलबे सामग्री वाले जैविक शोरबा को संसाधित करने में ट्यूब की सफाई के बिना महीनों के संचालन का लाभ उच्च ऊर्जा खपत को संतुलित करता है। स्वच्छ द्रव सेवा में बॉल टर्ब्यूलेटर का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है क्योंकि कम दबाव की बूंदों के साथ सरल उन्नयन अधिक सस्ते होते हैं।

द्रवीकरण प्रतिरोध और बिस्तर प्रतिधारण
गेंदों को ट्यूब में ही रहना चाहिए, प्रवाह द्वारा बाहर नहीं धकेला जाना चाहिए। कम प्रवाह वेग पर बिस्तर हल्के ढंग से पैक किया जाता है और स्थानीय स्तर के अलावा हिलता नहीं है। लेकिन जब वेग बढ़ता है तो गेंदों पर खींचने वाला बल पूरे बिस्तर का विस्तार कर सकता है और तरल पदार्थ बनाना शुरू कर सकता है, या प्रवाह में निलंबित गेंदों के साथ तरल बिस्तर की तरह कार्य कर सकता है।

हीट एक्सचेंजर ट्यूब में पूर्ण द्रवीकरण आम तौर पर अवांछनीय होता है, तब से गेंदें दीवारों से कम टकराएंगी और ट्यूब के अंत से बाहर उड़ सकती हैं। इस प्रकार, बिस्तर आम तौर पर बहिर्वाह पर एक रिटेनिंग स्क्रीन से घिरा होता है। इसके अलावा, ट्यूब की लंबाई ऐसी है कि बिस्तर पर समग्र दबाव कम होने से सतह का वेग न्यूनतम द्रवीकरण वेग (यूएमएफ) से नीचे रहता है। पानी जैसे तरल पदार्थ में पीटीएफई गेंदों के लिए गेंद के आकार और घनत्व के आधार पर 0.5-1.0 मीटर/सेकेंड के वेग पर उएमएफ प्राप्त होता है। सिरेमिक गेंदों (अधिक घनत्व) के लिए उम्फ उच्च वेग पर प्रकट होता है। उम्फ ठीक नीचे है जहां डिजाइनर आमतौर पर काम करते हैं, जहां गेंदें "पैक लेकिन उत्तेजित" स्थिति में होती हैं - एक दूसरे और दीवार के खिलाफ घूमती और रगड़ती हैं, लेकिन निलंबित नहीं होती हैं।

गेंदों के लिए सामग्री का चयन
निश्चित रूप से स्पष्ट उत्तर पीटीएफई ट्यूबों के लिए पीटीएफई गेंदें हैं, ताकि रासायनिक जड़ता और गैर-छड़ी गुणों को समान रखा जा सके। उनका घनत्व लगभग 2.2 ग्राम/सेमी3 है, जो पानी या कार्बनिक विलायकों से बहुत अधिक है, और इसलिए वे ट्यूब में बसे रहते हैं। पीटीएफई गेंदें इतनी नरम होती हैं कि लाखों टकरावों के बाद भी वे ट्यूब की दीवार को नुकसान नहीं पहुंचाएंगी।

सिरेमिक गेंदों (उदाहरण के लिए . 99.5% एल्यूमिना, घनत्व ~3.9 ग्राम/सेमी3) का उपयोग वहां किया जाता है जहां कठोर जमाव के लिए प्रभाव बल को बढ़ावा देने के लिए उच्च गेंद वजन की आवश्यकता होती है, या जहां प्रक्रिया का तापमान पीटीएफई की 110 डिग्री सीमा से अधिक हो जाता है (सिरेमिक 300 डिग्री तक संचालित होता है)। सिरेमिक भी अधिक सख्त होते हैं, जो अधिक सशक्त सफाई क्रिया प्रदान करते हैं। लेकिन इस बात का ध्यान रखना चाहिए कि सिरेमिक पदार्थ लंबे समय तक पीटीएफई ट्यूब की दीवार को नुकसान न पहुंचाए। व्यवहार में, अधिकांश रासायनिक सेवाओं के लिए पीटीएफई गेंदों और उच्च तापमान या विशेष रूप से दृढ़ दूषण के लिए सिरेमिक गेंदों का उपयोग सामान्य है।

अभ्यास के लिए डिजाइनिंग
पीटीएफई ट्यूब के लिए बॉल टर्ब्यूलेटर पैक्ड बेड के डिजाइन में, निम्नलिखित पैरामीटर अनुकूलित किए गए हैं:

गेंद का व्यास: छोटी ट्यूबों के लिए 3-5 मिमी (10-20 मिमी आईडी); बड़ी ट्यूबों के लिए 6-8 मिमी (25-40 मिमी आईडी)। छोटी गेंदों में दीवार के साथ अधिक संपर्क बिंदु होते हैं लेकिन दबाव में अधिक गिरावट होती है।

बिस्तर की लंबाई: आमतौर पर 10-30 ट्यूब व्यास। लंबे बिस्तरों का मतलब गर्मी का अधिक स्थानांतरण होता है लेकिन दबाव में कमी तदनुसार बढ़ जाती है।

शून्य अंश: यादृच्छिक क्लोज-पैकिंग में सजातीय क्षेत्रों के लिए ~ 0.35-0.40। इसे अलग-अलग आकार की गेंदों को मिलाकर समायोजित किया जा सकता है लेकिन ऐसा शायद ही कभी किया जाता है।

अवधारण विधि: दोनों सिरों पर पीटीएफई या पीएफए ​​की छिद्रित डिस्क, छेद का व्यास गेंद के व्यास से कम। इनपुट डिस्क गेंदों को प्रवाह वृद्धि से बाहर निकलने से रोकती है।

नरम, जिलेटिनस या क्रिस्टलीय दूषण जमा को खत्म करने में दस्तकारी क्रिया विशेष रूप से प्रभावी है। बॉल टर्ब्युलेटर कठोर, कोक या स्केल पर बेक किए गए के लिए उतने प्रभावी नहीं हैं, क्योंकि कम ऊर्जा का झटका मजबूती से चिपके हुए जमाव को नहीं हटा सकता है। फिर भी ऐसे मामलों में समय-समय पर रासायनिक सफाई की आवश्यकता होती है।

फाउलिंग सेवाओं में अन्य संवर्धन तकनीकों की तुलना
गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाने की विधि, दबाव ड्रॉप में वृद्धि, गंदगी को कम करना
खाली पाइप, स्मूथबैड बेसलाइन बेसलाइन
ट्विस्टेड टेप इंसर्ट 100-150% 200-600% कोई नहीं (अक्सर बदतर बना देता है)
नालीदार ट्यूब 20-60% 30-100% मामूली (आसंजन में कमी)
बॉल टर्ब्यूलेटर (पैक्ड बेड) 100-300% 500-1500%उत्कृष्ट (चलती सफाई)
निष्कर्ष
बॉल टर्ब्यूलेटर गंभीर रूप से दूषित सेवाओं पर गर्मी हस्तांतरण में सुधार के लिए एक विशिष्ट लेकिन बहुत ही कुशल विकल्प है। पीटीएफई ट्यूबों में छोटे पीटीएफई या सिरेमिक गेंदों के ये ढीले पैक वाले बेड प्रक्रिया स्ट्रीम में स्थापित किए जाते हैं। जटिल, अशांत प्रवाह पैटर्न स्थापित करके और ट्यूब की दीवार को लगातार हल्के प्रभावों से धोकर, वे गर्मी हस्तांतरण सतहों को साफ रखते हैं और लंबे समय तक निर्बाध संचालन को सक्षम करते हैं। बड़ा दबाव ड्रॉप जुर्माना उनके उपयोग को उन स्थितियों तक सीमित करता है जहां गड़बड़ी के कारण आम तौर पर बार-बार शटडाउन होता है। अलग-अलग सुधार विधियां अलग-अलग परिचालन मुद्दों के लिए उपयुक्त हैं, हालांकि उच्च प्रदूषण, उच्च मूल्य प्रक्रियाओं के लिए बॉल टर्ब्यूलेटर पैक्ड बेड थर्मल प्रदर्शन और स्वयं सफाई विश्वसनीयता का एक अद्वितीय संयोजन प्रदान करता है।