सिंगल{0}}पास और मल्टी{1}}पास PTFE हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन के सापेक्ष गुण क्या हैं?

एक पीटीएफई शेल {{0}और {{1}ट्यूब एक्सचेंजर में, ट्यूब{2}साइड तरल पदार्थ इनलेट से आउटपुट तक एक बार गुजर सकता है या इसे बंडल के माध्यम से कई बार फिर से प्रसारित किया जा सकता है। पासों की संख्या द्रव वेग, गर्मी हस्तांतरण दक्षता और आवश्यक पंपिंग शक्ति निर्धारित करती है। फोकस अक्सर ट्यूब के पार्श्व ताप अंतरण गुणांक को अधिकतम करने पर होता है, क्योंकि PTFE में आंतरिक रूप से कम तापीय चालकता (लगभग 0.25 W/m·K) होती है। हालाँकि, एकल{{9}पास या मल्टी{10}पास डिज़ाइन का चयन मामूली नहीं है, यह गर्मी हस्तांतरण वृद्धि और दबाव ड्रॉप पेनल्टी के बीच एक सचेत व्यापार है।

ट्यूब पास व्यवस्था की व्याख्या
ट्यूब पास की संख्या वह संख्या है जितनी बार ट्यूब से गुजरने वाला द्रव एक्सचेंजर की लंबाई से अधिक बहता है। एक्सचेंजर के एक या दोनों सिरों पर चैनल या बोनट में डिवाइडर (पास विभाजन) रखकर पास बनाए जाते हैं। ये डिवाइडर तरल पदार्थ को केवल कुछ ट्यूबों के माध्यम से प्रवाहित करने की अनुमति देते हैं, इससे पहले कि वह उलट जाए और ट्यूबों के दूसरे सेट में प्रवाहित हो जाए।

एकल-पास निर्माण
एकल {{0}पास (1-पास) एक्सचेंजर में ट्यूब-साइड तरल पदार्थ एक छोर पर चैनल में प्रवेश करता है, समानांतर में सभी ट्यूबों के माध्यम से सीधे चलता है और विपरीत छोर से बाहर निकलता है। कोई आंतरिक दीवारें नहीं हैं. यह सबसे सरल प्रवाह डिज़ाइन है.

मल्टी-पास डिज़ाइन (2 पास, 4 पास, आदि)
एक बहु-पास व्यवस्था में द्रव ट्यूब बंडल से कई बार गुजरता है। उदाहरण के लिए, 2-पास एक्सचेंजर के साथ इनफ्लो चैनल को दो भागों में विभाजित किया गया है। द्रव को एक हिस्से में डाला जाता है, आधे ट्यूबों से होते हुए दूर के अंत तक गुजरता है, रिटर्न बोनट में दिशा बदलता है, शेष ट्यूबों के माध्यम से वापस गुजरता है, और इनलेट-साइड चैनल के दूसरे हिस्से से निकल जाता है। 4 पास एक्सचेंजर में यह ऑपरेशन दो बार दोहराया जाता है।

पास की संख्या हमेशा एक सम संख्या होती है जैसे कि इनटेक और आउटपुट नोजल एक्सचेंजर के एक ही छोर पर होते हैं, जो पाइप कनेक्शन को सरल बनाता है।

थर्मल-हाइड्रोलिक व्यवहार में प्रमुख अंतर
सिंगल पास या मल्टी पास पीटीएफई हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन का चुनाव द्रव वेग, गर्मी हस्तांतरण गुणांक, दबाव ड्रॉप और लॉग माध्य तापमान अंतर (एलएमटीडी) पर प्रभाव से प्रभावित होता है।

ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक और द्रव वेग
प्रत्येक ट्यूब में द्रव का वेग एक विशेष कुल ट्यूब साइड प्रवाह दर के लिए प्रत्येक पास के लिए उपयोग में आने वाली ट्यूबों की संख्या पर निर्भर करता है। एकल पास डिज़ाइन में सभी ट्यूब एक ही समय में सक्रिय होती हैं। उपलब्ध प्रवाह क्षेत्र सभी ट्यूबों के प्रवाह क्षेत्रों का योग है। इसलिए, जब तक कुल प्रवाह दर बड़ी न हो तब तक वेग छोटा होता है।

एक बहु-पास डिज़ाइन में ट्यूबों के केवल एक अंश का उपयोग करके समान कुल प्रवाह को प्रति पास के माध्यम से संचालित किया जाता है। दो समान ट्यूब समूहों वाले 2-पास एक्सचेंजर में, प्रत्येक पास में कुल ट्यूबों का आधा हिस्सा होता है। एकल-पास परिदृश्य (समान कुल प्रवाह दर के लिए) के संबंध में प्रत्येक ट्यूब में वेग दोगुना हो जाता है। 4 पास कॉन्फ़िगरेशन के साथ वेग को चौगुना कर दिया गया है।

वेग में वृद्धि के कारण ट्यूब साइड रेनॉल्ड्स संख्या में वृद्धि के साथ संवहनी ताप हस्तांतरण गुणांक बढ़ता है। गर्मी संचरण में सीमित बाधा अक्सर ट्यूब साइड फ्लुइड फिल्म होती है (चाहे शेल साइड फ्लुइड संघनक वाष्प या उच्च चालकता तरल हो)। चूंकि पीटीएफई ट्यूब पहले से ही थर्मल चालकता में खराब हैं, इसलिए ट्यूब साइड वेलोसिटी बढ़ाने से समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक में काफी वृद्धि हो सकती है।

दबाव में गिरावट के प्रभाव
उच्च वेग लागत: दबाव ड्रॉप वेग के वर्ग (लगभग) के साथ बढ़ता है। 2-पास डिज़ाइन के लिए ट्यूब-साइड दबाव ड्रॉप एकल पास डिज़ाइन की तुलना में लगभग 4 गुना है (वेग दोगुना + रिटर्न बोनट में अतिरिक्त नुकसान)। 4 पास डिज़ाइन के लिए दबाव ड्रॉप 16 गुना बड़ा हो सकता है, साथ ही उलटने वाले कक्षों में बड़ा नुकसान हो सकता है।

व्यवहार में, नियोजित पासों की संख्या आम तौर पर उपलब्ध पंपिंग शक्ति या प्रक्रिया लाइन में अनुमेय दबाव हानि द्वारा प्रतिबंधित होती है। पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स के लिए सामान्य व्यवस्था 2{{4}पास या 4{5}पास है। यदि ट्यूब की तरफ का तरल पदार्थ मध्यम चिपचिपाहट का तरल है और पंप में पर्याप्त हेड है, तो सिंगल-पास डिज़ाइन को गैस ट्यूब-साइड तरल पदार्थ (जहां दबाव ड्रॉप अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है) या पहले से ही उच्च प्रवाह दर के साथ पसंद किया जाता है।

लॉग माध्य तापमान अंतर (एलएमटीडी) का सुधार
एक प्रमुख अंतर यह है कि मल्टी - पास सिस्टम शुद्ध काउंटरफ्लो नहीं हैं, जो प्रभावी तापमान ड्राइविंग बल को कम कर देता है। एलएमटीडी काउंटरफ्लो व्यवस्था (ट्यूब साइड तरल पदार्थ शेल साइड तरल पदार्थ के विपरीत दिशा) के साथ एकल पास एक्सचेंजर में उच्चतम है। एक मल्टी-पास एक्सचेंजर में प्रवाह पैटर्न मिश्रित या क्रॉसफ्लो के करीब होता है और एक सुधार कारक (कभी-कभी एफ भी कहा जाता है) काउंटरकरंट एलएमटीडी पर लागू होता है।

2-पास एक्सचेंजर के लिए एलएमटीडी सुधार कारक आम तौर पर अधिकांश परिचालन स्थितियों के लिए 0.95 से 0.99 की सीमा में होता है - एक छोटी सी कमी। 4-पास एक्सचेंजर्स के लिए कारक 0.90-0.95 जितना कम हो सकता है। उच्च तापमान क्रॉस अनुप्रयोगों के लिए (जहां सेवन और आउटपुट तापमान बहुत करीब हैं) सुधार कारक 1 से काफी कम हो सकता है क्योंकि उच्च वेग के लाभों को नकारा जा सकता है। इस प्रकार, ट्यूब साइड पर मामूली तापमान परिवर्तन के लिए मल्टी-पास डिज़ाइन सबसे सफल होते हैं।

पीटीएफई हीट एक्सचेंजर का महत्व
चूंकि पीटीएफई में कम तापीय चालकता है, इसलिए समग्र ताप हस्तांतरण के लिए ट्यूब साइड फिल्म प्रतिरोध अक्सर प्रमुख होता है। इसलिए, महत्वपूर्ण डिज़ाइन उद्देश्यों में से एक ट्यूब साइड गुणांक में सुधार करना है। मल्टी-पास डिज़ाइन प्लांट पंप से बड़े समग्र प्रवाह दर की आवश्यकता के बिना इसे पूरा करते हैं, जिससे वे रेट्रोफिट के लिए वांछनीय हो जाते हैं या जहां प्रवाह दर तय हो जाती है।

हालाँकि, PTFE टयूबिंग यांत्रिक रूप से नरम है और उच्च प्रवाह वेग पर कंपन कर सकती है। अत्यधिक वेग से ट्यूब में स्पंदन उत्पन्न हो सकता है और इसके परिणामस्वरूप बाफल्स या ट्यूबशीट क्षति के प्रति चिंता उत्पन्न हो सकती है। पीटीएफई टयूबिंग के लिए, सामान्य रूप से सुझाए गए ट्यूब साइड वेग 0.5 से 2.0 मीटर/सेकंड (1.6 से 6.6 फीट/सेकंड) हैं। एक मल्टी-पास डिज़ाइन जो वेग को 0.5 मीटर/सेकेंड से 1.0 मीटर/सेकेंड तक बढ़ाता है, अच्छा है, लेकिन इसे 3.0 मीटर/सेकेंड तक बढ़ाने से यांत्रिक समस्याएं पैदा हो सकती हैं। निर्माता द्वारा निर्दिष्ट सीमा में वेग बनाए रखने के लिए पासों की संख्या चुनी जानी चाहिए।

इसके अलावा, गर्मी हस्तांतरण लाभ को पंपिंग लागत के मुकाबले संतुलित किया जाना चाहिए। टैंक सर्कुलेशन के लिए एक प्रोसेस पंप पहले से ही उपलब्ध है। कई सतह परिष्करण प्रक्रियाओं में एक मल्टी{2}}पास पीटीएफई एक्सचेंजर का दबाव ड्रॉप स्वीकार्य हो सकता है। वैकल्पिक रूप से, बड़े शेल (समानांतर में अधिक ट्यूब) के साथ एक एकल पास डिज़ाइन कम दबाव ड्रॉप लेकिन उच्च पूंजी लागत पर समान कार्य पूरा कर सकता है।

तुलना तालिका: सिंगल-पास बनाम मल्टी-पास पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स
निम्न तालिका एक निश्चित कुल ट्यूब साइड प्रवाह दर और निश्चित गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र के लिए विशिष्ट प्रदर्शन आँकड़े दिखाती है। मूल्य प्रतिनिधि हैं; वास्तविक प्रदर्शन आकार और द्रव विशेषताओं के विवरण पर निर्भर करेगा।

ट्यूब पास की गणना सापेक्ष ट्यूब वेग * सापेक्ष ट्यूब - साइड हीट ट्रांसफर गुणांक ** सापेक्ष दबाव ड्रॉप (ट्यूब साइड) एलएमटीडी सुधार कारक रेंज विशिष्ट अनुप्रयोग
1 (एकल-पास) 1.0 (बेसलाइन) 1.0 (बेसलाइन) 1.0 (बेसलाइन) 1.00 (शुद्ध काउंटरफ्लो बोधगम्य) उच्च प्रवाह दर तरल पदार्थ; गैसें; कम दबाव ड्रॉप सिस्टम
2 (दो-पास) 2.0 1.3 - 1.5 3.5 - 4.5 0.95 - 0.99अच्छा संतुलन पीटीएफई लिक्विड एक्सचेंजर्स के लिए सबसे अधिक प्रचलित
4 (चार-पास) 4.0 1.6 – 1.9 12 – 18 0.90 – 0.95 उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ या अत्यधिक उच्च यू-मान आवश्यक; पम्पिंग लागत की जाँच करें
6 या 8 पास 6 – 8 1.9 – 2.3 > 30 < 0.90 दुर्लभ; केवल कम चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ और समान संख्या में ट्यूबों और प्रवाह दर के साथ एकल पास डिज़ाइन के सापेक्ष उच्च अनुमत ΔP वेग के साथ। अशांत या संक्रमण प्रवाह के लिए अनुमानित. वास्तविक सुधार रेनॉल्ड्स संख्या प्रतिपादक (आमतौर पर अशांत प्रवाह के लिए h ~ v^0.8) पर निर्भर करता है।

भूतल फिनिशिंग में व्यावहारिक विचार
कई सतह परिष्करण अनुप्रयोगों (प्लेटिंग, एनोडाइजिंग, पिकलिंग) में ट्यूब की तरफ का तरल पदार्थ अक्सर प्रक्रिया स्नान ही होता है, एक एसिड या क्षारीय घोल जिसमें निलंबित कण या विघटित धातुएं होती हैं। निम्नलिखित व्यावहारिक दिशानिर्देश लागू हैं:

टैंक मिश्रण या निस्पंदन के लिए स्नान के उच्च प्रवाह दर परिसंचरण में अक्सर एकल -पास डिज़ाइन होते हैं। ऐसी परिस्थितियों में वेग पहले से ही पर्याप्त हो सकता है और अधिक पास से गर्मी हस्तांतरण में वृद्धि के बिना दबाव में गिरावट बढ़ जाएगी।

दो पास डिज़ाइन मामूली आकार की प्लेटिंग लाइनों के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला PTFE हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन है। गर्मी हस्तांतरण काफी बढ़ जाता है जबकि दबाव में गिरावट नियमित केन्द्रापसारक पंपों की सीमा (सामान्यतः 1-3 बार हानि) के भीतर बनी रहती है।

जब उपलब्ध ताप अंतरण क्षेत्र सीमित होता है (उदाहरण के लिए, एक रेट्रोफ़िटेड एक्सचेंजर जो मौजूदा स्थान में फिट होना चाहिए) और पंप में अतिरिक्त हेड होता है, तो चार - पास डिज़ाइन का उपयोग किया जाता है। इनका उपयोग चिपचिपे तरल पदार्थ जैसे कि केंद्रित फॉस्फोरिक एसिड या अन्य रासायनिक प्रक्रिया स्नान को गर्म करने के लिए भी किया जाता है।

यह भी उल्लेख किया गया है कि ट्यूब पास की इष्टतम संख्या शेल साइड लेआउट से प्रभावित होती है। यदि शेल -साइड तरल पदार्थ भाप का संघनन है (जिसमें बहुत अधिक गर्मी हस्तांतरण गुणांक है) तो ट्यूब-साइड प्रतिरोध हावी है और मल्टी{4}पास डिज़ाइन बहुत फायदेमंद हैं। यदि शेल साइड तरल पदार्थ कम गुणांक वाला ठंडा पानी है, तो केवल ट्यूब साइड में सुधार करने से पर्याप्त समग्र लाभ नहीं मिल सकता है।

डिज़ाइन उदाहरण: कितने पास चुनने हैं
एक पीटीएफई हीट एक्सचेंजर पर विचार करें जो शेल की तरफ भाप का उपयोग करके निकल प्लेटिंग बाथ को 55 डिग्री सेल्सियस से 60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करता है। आवश्यक ताप शुल्क 100 किलोवाट है। परिसंचारी पंप एक्सचेंजर के माध्यम से 30 m3/h के स्नान द्रव को प्रसारित कर सकता है। 6 मिमी आईडी के 200 ट्यूबों के साथ प्रारंभिक एकल पास डिज़ाइन के परिणामस्वरूप ट्यूब साइड वेग 0.5 मीटर/सेकेंड, 0.3 बार का दबाव ड्रॉप और 200 डब्ल्यू/एम2.के की गणना की गई कुल गर्मी हस्तांतरण गुणांक (यू) होती है। आवश्यक क्षेत्रफल 12 वर्ग मीटर है।

2-पास डिज़ाइन (100 ट्यूब/पास) वेग को दोगुना करके 1.0 मीटर/सेकेंड कर देता है। ट्यूब साइड गुणांक लगभग 40% बढ़ जाता है, जिससे 260 W/m2K का U मिलता है। आवश्यक क्षेत्र को घटाकर 9.2 एम2 (छोटा, सस्ता एक्सचेंजर) कर दिया गया है। दबाव हानि लगभग 1.2 बार तक बढ़ जाती है जो अभी भी पंप की क्षमता के भीतर है। 2-पास डिज़ाइन निश्चित रूप से बेहतर है।

4-पास कॉन्फ़िगरेशन (प्रत्येक पास 50 ट्यूब) के लिए, वेग 2.0 m/s है और U को लगभग 300 W/m2.K तक बढ़ाया जाता है। आवश्यक क्षेत्र 8 एम2 हालांकि, दबाव ड्रॉप लगभग 5 बार हो जाता है, जो पंप हेड से बड़ा हो सकता है या उच्च ऊर्जा उपयोग का कारण बन सकता है। एलएमटीडी के लिए समायोजन कारक 0.93 है, जो वास्तविक ड्राइविंग बल को कुछ हद तक कम कर देता है। इस परिदृश्य में, आदर्श समझौता 2-पास डिज़ाइन है।

अंतिम शब्द