긴 탱크 흐름 문제
길고 좁은 탱크-일반적으로 연속 스트립 도금, 와이어 처리 및 자동화된 PCB 라인에서-단락-이 발생합니다. 한쪽 끝에서 유입되는 공정 유체는 탱크 폭 전체에서 완전히 혼합되지 않고 반대쪽 끝의 배출구로 직접 흐릅니다. 속도 프로필이-균일하지 않습니다. 가열이-균일하지 않습니다. 처리 또는 도금 품질은 제품 폭에 따라 다릅니다.
기존 솔루션은 흐름 방향을 바꾸고 혼합을 촉진하기 위해 별도의 배플-탱크 폭을 가로질러 확장되는 수직판-을 추가합니다. 이러한 배플은 탱크 용량을 차지하고 비용을 추가하며 탱크 청소를 복잡하게 만듭니다.
적절한 기하학적 구조와 구조적 강성을 갖도록 설계된 PTFE 열교환기는 가열원이자 흐름 유도 배플 역할을 할 수 있습니다.{0}} 흐름 방향에 수직인 수직 평면에 배열된 튜브 번들은 부분 배플 역할을 하며 넓은 표면적이 균일한 가열을 제공합니다. 하나의 어셈블리는 두 가지 기능을 수행하여 탱크 복잡성을 줄이고 생산 볼륨을 확보합니다.
이중 기능 설계 요구사항-
구조적 배플 역할을 하려면 PTFE 튜브 번들이 전체 탱크 폭과 탱크 깊이의 상당 부분에 걸쳐 확장되어야 합니다. 튜브 그리드는 여러 개의 튜브 행과 열이 있는 수직 평면에 배열됩니다. 튜브 사이의 간격은 배플의 흐름 저항을 결정합니다. 간격이 가까울수록 흐름 전환과 압력 강하가 증가합니다. 간격이 넓을수록-흐름이 더 많이 흐르고 배플 효과가 줄어듭니다.
최적의 튜브 간격은 가열 기능(열 전달 표면 최대화) 및 압력 강하(펌핑 에너지에 영향을 줌)에 대해 배플 기능(흐름 방향 전환)의 균형을 유지합니다. 특정 탱크 형상에 대한 전산 유체 역학 분석을 통해 가열 의무를 충족하면서 원하는 흐름 패턴을 달성하는 간격을 결정합니다.
배플-기능 교환기의 지지 구조는 방향이 바뀌는 흐름의 유체역학적 힘을 견뎌야 합니다. 흐름은 튜브 다발에 분산 하중을 가하며, 이는 튜브를 통해 지지 프레임으로 전달되고 궁극적으로는 탱크 벽이나 바닥으로 전달됩니다. 지지대 설계는 표준 침수 코일보다 더 견고하며 추가적인 교차-브레이싱 및 고정 지점을 통합합니다.
표 1: 이중-기능 PTFE 열 교환기/배플 설계 매개변수(길이 6m × 너비 1m × 깊이 1.5m 탱크)
| 디자인 매개변수 | 난방-전용 디자인 | 가열 + 배플 디자인 | 설계 이론적 근거 |
|---|---|---|---|
| 튜브 그리드 방향 | 수평(바닥 그리드) | 수직(교차-탱크 평면) | 수직 방향은 흐름 장벽 역할을 합니다. |
| 배플/교환 장치 수 | 1(끝 또는 중앙) | 2-3(탱크 길이를 따라 균등한 간격으로 배치) | 다중 배플이 구불구불한 흐름 경로를 생성합니다. |
| 튜브 간격(세로×가로, mm) | 25 × 25 | 20 × 20(배플 효과를 위해 더 단단함) | 간격이 좁을수록 흐름 전환이 증가합니다. |
| 탱크 단면적의 그리드 적용 범위-(%) | 60-70% (건평) | 80-90%(단면적) | 효과적인 당황을 위한 더 큰 적용 범위 |
| 지원 프레임 디자인 | 경량; 자중- 지탱 | 건장한; 유체 역학적 부하를 지원합니다 | 유동력은 자중을 초과할 수 있습니다- |
| 프레임 앵커 포인트 | 2-4(탱크 테두리 또는 바닥) | 4-8 (탱크 벽 및 바닥) | 배플 하중을 탱크 구조로 전달합니다. |
| 튜브 벽 두께(mm) | 1.0(표준) | 1.2-1.5 (강성을 위해 증가) | 유동 부하 시 튜브 편향 감소 |
| 단위 전체의 압력 강하(Pa) | < 50 | 100-300 | 향상된 혼합을 위해 허용 가능한 증가 |
유체역학적 부하 계산
튜브 다발에 대한 유동력은 접근하는 흐름의 동적 압력과 튜브 어레이의 항력 계수로부터 계산됩니다. 일반적인 도금 탱크에서 0.3m/s의 직교류 속도의 경우 동적 압력은 약 50Pa입니다. 이 속도에서 단일 10mm 튜브에 대한 항력은 튜브 길이 미터당 약 0.15N입니다.
단면적 평방미터당 40개의 튜브가 있는 배플 그리드의 경우-총 분산 부하는 배플 표면 면적의 약 6N/m²입니다. 이 적당한 하중은 PTFE 튜브 그리드에 의해 쉽게 지지됩니다. 그러나 부하는 연속적이고 순환적인-흐름은 펌프 속도와 생산 속도에 따라 달라지므로-지지 설계는 피로와 정적 강도를 해결해야 합니다.
지지 프레임에는 최대 작동 온도에서 항복 강도에 대한 안전계수 3을 갖는 계산된 하중에 맞는 크기의 PTFE 또는 PVDF 구조 부재가 통합되어 있습니다. 탱크 구조에 대한 프레임 연결은 갈바닉 부식을 방지하기 위해 PTFE{2}}절연 패스너를 사용합니다.
열 및 흐름 성능
이중-기능 설계는 수직 배플 방향으로 인해 프로세스 유체가 튜브 번들을 지나 상승하는 대신 튜브 번들을 통해 흐르도록 하기 때문에 표준 바닥에 장착된-그리드보다 더 균일한 가열을 제공합니다. 모든 유체 요소는 가열된 튜브 표면 가까이를 통과합니다. 직교류 구성은 배플이 없는 탱크에서 지배적인 자연 대류보다 더 높은 외부 열 전달 계수를 달성합니다.
그 대신-각 배플의 압력 강하를 극복하기 위해 펌핑 에너지가 증가합니다. 대부분의 저속-도금 탱크 적용 분야에서 압력 강하는 배플당 100-300Pa-이며 이는 수주 10~30mm에 해당하며 추가 펌핑 에너지는 무시할 수 있습니다.
요약
구조적 배플로 설계된 PTFE 열교환기는 단일 어셈블리에서 가열과 흐름 방향을 결합합니다. 수직 튜브 그리드는 탱크 단면에 걸쳐 있어-단락을 방지하기 위해 흐름의 방향을 바꾸면서{2}}탱크 전체 깊이에 걸쳐 균일한 가열을 제공합니다. 더 좁은 튜브 간격, 견고한 지지 프레임, 증가된 튜브 벽 두께는 표준 PTFE 교환기 설계를 이중-기능 요구 사항에 맞게 조정합니다.
통합 설계는 탱크 복잡성을 줄이고 생산량을 늘리며 별도의 가열 및 배플링 시스템에 비해 열 및 유압 성능을 모두 향상시킵니다.
이중-기능 PTFE 열 교환기/배플 설계에 대한 엔지니어링 지원은 탱크 치수, 유속, 교반 구성, 가열 의무 및 원하는 흐름 패턴을 제출하면 제공됩니다.
