Kakav je pločasti-i-izmjenjivač topline okvira s PTFE brtvama u usporedbi s oklopnom-i-cijevnom PTFE jedinicom?

Oklopni-i-cijevni izmjenjivači su najbolji u korozivnoj uporabi, ali pločasti-i-izmjenjivači okvira s brtvama od fluorpolimera pružaju uvjerljivu alternativu. Njihova osnovna geometrija dovodi do različitih karakteristika performansi koje mogu biti korisne u nekim primjenama. Za čiste procesne tekućine umjerenog tlaka, ploča-i-dizajn okvira s PTFE brtvama može ponuditi bolju učinkovitost prijenosa topline i dramatično manji otisak od standardnog PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivač.

Pregled dizajna ploče i okvira u odnosu na školjku i cijev
Pločasti-i-okvirni izmjenjivači topline sastoje se od niza valovitih metalnih ploča stisnutih zajedno u okviru. Svaka ploča ima brtvu (u ovom slučaju PTFE ili bilo koji drugi fluoropolimer) koja brtvi kanale protoka i usmjerava vruće i hladne tekućine u alternativne rute. Tekućine teku kroz tanke vijugave prostore između ploča u protu-smjeru ili poprečnom-smjeru toka. Nabori potiču turbulenciju čak i pri niskim brzinama protoka, što značajno poboljšava prijenos topline.

PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivači topline (kao što je opisano u drugim člancima) izrađeni su od snopa PTFE cijevi smještenih u metalnu ili plastičnu školjku. Servisna tekućina teče s druge strane, a korozivna tekućina teče kroz cijevi (ili oko njih). Stijenke PTFE cijevi su donekle debele pa se toplina prenosi kondukcijom. Protok je općenito laminaran ili niske-turbulencije osim ako se ne koriste velike brzine.

Glavna razlika je supstanca površine za prijenos topline. U konstrukciji ploča-i-okvira, ploče su metalne (obično nehrđajući čelik, Hastelloy, titan ili druge legure), a samo brtve su PTFE. Procesna tekućina je u kontaktu s metalnim pločama i PTFE brtvama. PTFE ljuska-i-cijevna jedinica ima sve mokre površine izrađene od PTFE-a, koji ima univerzalnu otpornost na koroziju, ali znatno lošiju toplinsku vodljivost.

Toplinska izvedba: Više U{0}}vrijednosti postignute zahvaljujući geometriji ploče
Pločasti i okvirni izmjenjivač ima najveću prednost u ukupnom koeficijentu prijenosa topline (U-vrijednost). To je zbog niza uzroka.

Tanke metalne ploče - Debljina ploča je obično 0,5 do 1,0 mm u odnosu na stijenke PTFE cijevi od 1,0 do 2,0 mm. Metali (nehrđajući čelik ~15 W/m·K, titan ~17 W/m·K, Hastelloy ~10 W/m·K) prenose toplinu reda veličine bolje od PTFE (~0,25 W/m·K). Metalna ploča daleko je bolji vodič topline čak i ako uzmemo u obzir otpor PTFE brtvila (koje predstavljaju samo mali dio ukupne površine).

Visoka turbulencija - Dizajn valovite ploče uzrokuje visoku lokalnu turbulenciju. To remeti granične slojeve i značajno smanjuje konvekcijski otpor s obje strane tekućina. U PTFE sustavima -i-cijevnim ljuskama, protok u PTFE cijevima malog-promjera obično je laminaran osim ako se ne koristi značajna snaga pumpanja, a tok sa strane ljuske-je također relativno blag.

Pravi protu{0}}strujni tok - ploča-i-sustavi okvira mogu proizvesti gotovo savršeni protu{4}}tok struje, maksimizirajući logaritamsku srednju temperaturnu razliku (LMTD). Ljuskasti i cijevni PTFE izmjenjivači obično se postavljaju u konfiguracijama križnog protoka ili miješanog protoka koje su manje termodinamički učinkovite.

U praksi, za isti par tekućina, može se očekivati ​​da će ploča-i-izmjenjivač topline okvira s PTFE brtvama imati ukupnu U-vrijednost tri do pet puta veću od PTFE ljuske-i-cijevne jedinice. U vodovodnoj-opskrbi vodom pločasti izmjenjivač može postići 3.000-5.000 W/m²·K, dok PTFE školjka-cijevna jedinica može doseći samo 200-400 W/m²·K. U korozivnim kemijskim uslugama korist je još uvijek velika, ali apsolutne vrijednosti ovise o kvaliteti tekućine i tendencijama onečišćenja.

Otisak i težina: Kompaktnost dizajna ploče
U-vrijednost je mnogo veća, stoga pločasti-i-izmjenjivač okvira zahtijeva daleko manju površinu za prijenos određenog toplinskog opterećenja. Rezultirajući otisak je obično jedna-trećina do jedna-petina PTFE školjkastog i cijevnog izmjenjivača topline s istim toplinskim učinkom. Težina je također značajno smanjena jer je paket ploča mnogo lakši od snopa PTFE cijevi s metalnim kućištem.

Kompaktnost ploče-i-dizajna okvira posebna je prednost za primjene u kojima je prostor na vrhuncu, kao što je naknadna ugradnja u postojeće procesne klizove, offshore platforme ili modularna kemijska postrojenja. PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivač sličnog opterećenja može biti dug nekoliko metara i zauzimati značajnu površinu poda, dok se pločasti izmjenjivač može postaviti okomito ili vodoravno u djeliću tog prostora.

Ograničenja u tlaku i temperaturi
Jedinice ljuske i cijevi (metalni omotač) izrađene od PTFE-a mogu se koristiti za umjerene do visoke tlakove, obično 6-10 bara na strani cijevi, 10-20 bara na strani ljuske, ovisno o dizajnu. PTFE cijevi imaju ograničeni pritisak, ali je metalno kućište robusno zatvoreno. PTFE cijevi mogu tolerirati temperature od 110 do 120 stupnjeva; PFA cijevi, 150 do 180 stupnjeva.

Stroža ograničenja primjenjuju se na ploča-i-izmjenjivače okvira s PTFE brtvama:

Pritisak – Brtve moraju biti dovoljno stisnute da prianjaju uz ploče. Potrebna sila stezanja raste s povećanjem unutarnjeg tlaka i povećava se mogućnost istiskivanja brtve ili curenja. Tipični maksimalni radni tlakovi za PTFE-pločaste izmjenjivače su 6-10 bara (85-145 psi), s nekim sustavima ocijenjenim na 15 bara. Veći pritisci zahtijevaju deblje ploče, teže okvire i specifične oblike brtvila, što povećava troškove.

Temperatura - PTFE brtve počinju puzati i gube snagu brtvljenja iznad otprilike 150 do 180 stupnjeva. To ovisi o korištenom stupnju fluoropolimera (PTFE, PFA ili modificirani PTFE). Rad iznad 160 stupnjeva obično se ne preporučuje za kontinuirani rad. Neki dizajni PTFE školjke-i-cijevi (s PFA cijevima) mogu raditi do 180-200 stupnjeva, ali stvarna ograničenja su često niža.

Za korozivne usluge pri visokom tlaku ili visokoj temperaturi, PTFE jedinica s školjkom i cijevi može biti jedina opcija. Za blage uvjete (npr. . 5 bar i 100 stupnjeva) pločasti izmjenjivač je potpuno prikladan.

Otpornost na koroziju: legure u odnosu na pune fluoropolimerne ploče
PTFE školjkasti i cijevni izmjenjivači univerzalno su otporni na koroziju. PTFE je gotovo potpuno inertan na sve tvari osim na rastaljene alkalijske metale i elementarni fluor na visokoj temperaturi. Stoga su prikladni za visoko agresivne miješane kiseline, aqua regia, jaku dušičnu kiselinu i druge tekućine koje napadaju većinu metala.

Pločasti-i-izmjenjivač okvira s PTFE brtvama ovise o metalnim pločama za primarnu zaštitu od korozije. Brtve su jedini PTFE dio. Stoga se materijal ploče mora odabrati tako da izdrži određeni procesni fluid. Evo nekoliko uobičajenih opcija:

Nehrđajući čelik (304/316) – Samo za blage kiseline i neutralne otopine.

Hastelloy C-276 ili B-3 - Izvrsna otpornost na solnu kiselinu, sumpornu kiselinu i redukcijske uvjete. Napadnut jakim oksidirajućim kiselinama.

Titan (razred 2, stupanj 7) - Izvrsna otpornost na oksidirajuće kiseline (dušičnu, kromnu) i kloride. Bit će napadnut fluorovodičnom kiselinom i nekim redukcijskim kiselinama.

Cirkonij ili tantal - Egzotične legure za teške uvjete, ali vrlo skupe.

Pločasti izmjenjivač može biti troškovno učinkovito rješenje ako je procesna tekućina kompatibilna s dostupnom pločastom legurom (npr. titan za dušičnu kiselinu, Hastelloy za HCl). Međutim, ako tekućina sadrži nekoliko neprijateljskih vrsta (npr. miješana kiselina s oksidirajućim i redukcijskim komponentama), niti jedan metal ne može biti prihvatljiv. U takvim slučajevima sigurniji je izbor PTFE školjka-i-cijev sa svojom univerzalnom otpornošću.

Zaprljanje, čišćenje, održavanje
Pločasti-i-izmjenjivači okvira mogu se jednostavno rastaviti radi čišćenja. Ploče se mogu ukloniti jedna po jedna i mogu se čistiti mehanički (četkanje, pranje pod pritiskom) ili kemijski. Ovo je veliki plus za usluge koje stvaraju meke ili ljepljive nečistoće. Međutim, malene pore između ploča (obično 2-5 mm) podložne su ispunjavanju česticama, vlaknima ili kristalizirajućim tvarima. Pločasti izmjenjivač treba dobro izgrađenu cjedilu ili filtar uzvodno za uklanjanje čestica većih od otprilike 1 mm.

PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivači nude veće kanale protoka (unutarnji promjer cijevi često je 5–15 mm) i manje su skloni začepljenju. Glatka PTFE površina s niskim trenjem također sprječava prianjanje brojnih naslaga (vidi članak o površinskoj energiji). Ali teže se čisti." Čišćenje unutrašnjosti cijevi vrši se mehanički (specijalni instrumenti – četke za cijevi) i često kemijski. Cijevi se ne mogu vaditi jedna po jedna radi pregleda, već se cijeli snop mora izvaditi iz omotača.

Jedna od velikih prednosti pločastog izmjenjivača je da ako se brtva pokvari ili korodira ploča, pojedinačne ploče i brtve mogu se zamijeniti za nekoliko sati. U jedinici s PTFE omotačem-i-cijevi, ako jedna cijev pokvari, cijev će se možda morati začepiti (smanjenje površine) ili će se morati zamijeniti cijeli snop cijevi, što je skup i dugotrajan-zadatak.

Tipične primjene za svaku tehniku
Pločasti-i-izmjenjivači okvira s PTFE brtvama često se koriste u čistim komunalnim uslugama (voda-voda, voda-glikol, niskotlačna para) gdje tekućina nije pretjerano korozivna. Vidljivi su u primjenama kemijskih procesa u:

Hlađenje razrijeđenih kiselina (npr. . 10% sumporne kiseline) gdje je prikladan titan ili nehrđajući čelik.

Koriste se kupke za nanošenje s dobrom filtracijom i umjerenim temperaturama.

Povrat topline iz relativno čistih korozivnih tokova.

PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivači poželjna su opcija za visoko korozivne, oksidirajuće kiseline ili čestice-kiseline kao što su:

Linije za kiseljenje miješane kiseline (HNO3+HF)

Vruća konc. solna kiselina.

Aqua regia i druge oštre mješavine.

Obrada otpadnih kiselina s promjenjivim sastavom tekućine

Tablica usporedbe: ploča i okvir naspram školjke i cijevi (PTFE)
Posebna ploča i okvir s PTFE PTFE brtvama školjke i cijevi
Ukupni koeficijent prijenosa topline (U-vrijednost) Visok (3-5× veći od oklop-i cijevi) Nizak (PTFE vodljivost ograničena)
Otisak (po dužnosti) (1 × osnovna linija) Mali Veliki (3–5 puta veći)
Maksimalni trajni tlak 6-10 bara (više sa posebnim dizajnom) 6-10 bara na strani cijevi (metalni omotač može biti veći)
Maks. kontinuirana temperatura 150–180 stupnjeva (brtva-ograničeno)110–120 stupnjeva (cijevi od PTFE); 150–180 stupnjeva (cijevi od PFA)
Otpornost na koroziju ovisi o univerzalnim PTFE brtvama od legure ploča (PTFE ili PFA na svim mokrim površinama)
Osjetljivost na čestice prašine Visoka (tanki otvori koji se često začepe) Niska (veći promjer cijevi; glatka površina)
Jednostavan za održavanje Vrlo dobar (ploče se mogu rastaviti i očetkati) Pristojan (potrebno je kemijsko čišćenje ili četkanje cijevi)
Mogućnost popravka Visoka (zamjenjive pojedinačne ploče i brtve) Ograničena (začepljenje cijevi ili zamjena snopa)
Prvi trošak (npr. carina) Čiste, umjerene usluge niže Bolja opća otpornost na koroziju
Tipične primjene • Čiste razrijeđene kiseline • Kupelji za galvanizaciju • Vodovodne usluge Agresivne miješane kiseline, oksidirajuće kiseline, tokovi otpada različitog sastava
Vodič za odlučivanje: Odabir pravog izmjenjivača
Odluka o pločastom i okvirnom izmjenjivaču s PTFE brtvama ili PTFE kućištu i cijevi treba ovisiti o čistoći, korozivnosti, tlaku i dostupnom području za tekućinu.

Odaberite izmjenjivač ploča-i-okvira ako:

Procesna tekućina je čista i čestice su manje od 1 mm (ili je osigurana odgovarajuća filtracija).

Tekućina je kompatibilna s metalnom legurom umjerene cijene (nehrđajući čelik, titan, Hastelloy) na radnoj temperaturi.

Radni tlak je ispod 10 bara, a temperatura ispod 150 stupnjeva.

Prostor je ograničen i kompaktnost je važna.

Vrlo je važno jednostavno rastavljanje i čišćenje.

Izmjenjivač će se koristiti za povrat topline ili za komunalne poslove umjesto izravnog kontakta s vrlo reaktivnom miješanom kiselinom.

Odaberite školjkasti-i-cijevni izmjenjivač topline od PTFE-a kada:

Tekućina se sastoji od jakih oksidirajućih kiselina (nitratna, kromna) ili kombiniranih kiselina koje bi napale bilo koji metal.

Sastav tekućine je nepredvidiv ili slabo karakteriziran, stoga postoji rizik pri odabiru legure.

Tekućina sadrži čestice, vlakna ili kristale koji bi mogli začepiti malene otvore ploča.

Operating pressure >10 bar or temperature >150 stupnjeva (s PFA cijevima).

Potrebna je univerzalna otpornost na koroziju bez rizika od lokalnog napada ili udubljenja.

Postrojenje nema mogućnost održavanja za redovito rastavljanje i zamjenu brtvila.

Obje tehnologije postoje jedna-pored-u mnogim okruženjima kemijskih procesa. PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivač može se odabrati za grijanje s visoko korozivnom miješanom kiselinom, dok pločasti-i-izmjenjivač s okvirom s titanijskim pločama i PTFE brtvama obavlja posao hlađenja čistom, razrijeđenom dušičnom kiselinom negdje drugdje u istom postrojenju.

Zaključak: kompaktna učinkovitost ili univerzalna robusnost
Pločasti i okvirni izmjenjivači topline s PTFE brtvama pružaju visoku toplinsku učinkovitost i mali otisak zbog velike turbulencije i tankih metalnih ploča. Njihove U-vrijednosti su tri do pet puta veće od onih PTFE školjkastih i cijevnih jedinica, što rezultira značajno manjim otiskom i smanjenom težinom.