Cum să alegi grosimea corectă a peretelui tubului pentru un schimbător de PTFE într-un serviciu de vid înalt?

Un condensator cu carcasă și tub din PTFE este utilizat pentru a recupera un solvent valoros sub vid profund pentru a-și reduce punctul de fierbere. Partea carcasei este practic în vid. Tuburile subțiri și flexibile din PTFE nu numai că transportă apa de răcire, ci și rezistă forței de zdrobire a atmosferei externe împingând spre interior. Un tub normal cu pereți-subțiri, complet adecvat pentru presiunea pozitivă, se poate prăbuși brusc ca un pai de băut, oprind fluxul și distrugând performanța termică. Grosimea peretelui tubului pentru serviciul cu vid nu este concepută pentru a conține presiunea, ci pentru a preveni un colaps catastrofal. Alegerea grosimii adecvate a peretelui tubului pentru serviciul de vid pentru schimbătorul de PTFE depinde de înțelegerea fizicii flambajului, a schimburilor termice-și a soluțiilor de suport.

Fizica colapsului sub presiunea externă
Cum un vid distruge un tub
Când o parte a unui schimbător de căldură este evacuată (de exemplu, la 10 mbar abs sau mai puțin), presiunea aerului extern (aproximativ 1 bar sau 14,7 psi) acționează uniform pe exteriorul fiecărui tub. Interiorul tubului poate fi la presiunea atmosferică sau poate puțin mai mare. Această sarcină externă provoacă o solicitare de compresiune a cercului în peretele tubului. Un tub PTFE flexibil cu pereți subțiri (-cu un modul elastic relativ scăzut de aproximativ 0,5 GPa comparativ cu 200 GPa pentru oțel) s-ar îndoi și s-ar prăbuși într-o formă ovală sau aplatizată, cu o presiune mult mai mică decât limita de curgere a materialului. Hoover-ul este o mână uriașă invizibilă care strânge tubul. Singurul lucru care îl împiedică să se zdrobească este grosimea peretelui.

Sprijinirea tuburilor: rolul lui Baffle Spacing
Lungimea nesusținută a tubului dintre deflectoare sau foi tuburi are o mare influență asupra rezistenței la prăbușire. Un tub susținut la intervale de 200 mm va rezista mult mai bine la presiunea exterioară decât un tub susținut la intervale de 500 mm. Pentru serviciul cu vid înalt, distanța dintre deflectoare este adesea redusă la 100–150 mm. Deflectoarele mai apropiate au ca rezultat turbulențe-laterale mai mari și o transmisie mai bună a căldurii, pentru a compensa parțial costul termic al peretelui mai gros. Cu toate acestea, creșterea numărului de deflectoare crește căderea de presiune pe partea carcasei și poate solicita un diametru mai mare a carcasei pentru a menține zona de curgere.

În plus, designul ar trebui să permită un vid pe partea tubului și o presiune pozitivă pe partea carcasei. În construcția cu cap plutitor sau tub U-, ambele părți pot fi evacuate, iar peretele tubului trebuie să fie suficient de puternic pentru a preveni prăbușirea din partea sub vid. În aceste circumstanțe este selectat peretele mai gros, iar schimbătorul este în general proiectat ca un grad de „vid complet” pe ambele părți.

Ghid practice pentru selectare
Proces pas cu pas
Definiți nivelul de aspirare: dați presiunea absolută pe partea inferioară (adică . 10 mbar, 50 mbar). Cea mai proastă situație este vidul complet (0 milibar absolut) și necesită cel mai puternic design.

• Alegeți dimensiunile tubului: alegeți un diametru exterior (OD) care reprezintă un compromis între transferul de căldură, murdărire și rezistența mecanică. Dimensiunile normale sunt de 6 mm sau 8 mm OD pentru service hoover. Diametrele mai mari (10 mm și mai mult) nu sunt practicabile.

Utilizați datele despre presiunea de colaps ale producătorului sau un FEA pentru a estima grosimea necesară a peretelui 6 mm OD este un punct de pornire prudent, 0,8 mm grosime la temperatura camerei. 1.0-1.2 mm poate fi necesară pentru o temperatură mai mare sau OD mai mare.

Setați distanța dintre deflectoare: deschidere nesuportată nu mai mult de 150 mm. Pentru tuburile lungi (mai mult de 2 m) se folosesc suporturi intermediare suplimentare sau tira-cu distanțiere.

Evaluați performanța termică: calculați valoarea U cu grosimea peretelui selectată Dacă valoarea U-este prea mică (de exemplu, mai mică de 200 W/m2K), gândiți-vă la creșterea numărului sau a lungimii tuburilor sau acceptați un schimbător mai mare.

Validați cu producătorul: furnizorii dovediți de schimbătoare PTFE au date empirice de colaps pentru dimensiunile tubului lor. Este necesară o garanție scrisă că echipamentul va funcționa fără prăbușire în condițiile specificate de vid și temperatură.

Exemplu de specificație diametrul exterior al tubului PTFE 6 mm. Grosimea peretelui: 1,0 mm + / -0,05 mm Material tub: PTFE virgin. Interval maxim nesuportat 120 mm Presiune proiectată pe partea carcasei: vid complet (0 mbar abs). Presiune de proiectare pe partea tubului: 3 bar g. Temperatura maxima de lucru: 90'C. Vidul din partea carcasei schimbătorului trebuie să fie de 10 mbar absolut cu tuburile la presiunea atmosferică. Tuburile nu trebuie să fie vizibil prăbușite sau ovale.

Precizie tehnică: calculul presiunii de colaps
Defectarea unui tub sub presiune externă este o defecțiune a flambajului, nu o defecțiune a curgerii. Prima aproximare este dată de formulele standard pentru tuburile cu pereți subțiri-(de exemplu, formula Timoșenko pentru flambajul elastic), cu toate acestea, comportamentul la deformare ne-liniar-și deformarea PTFE trebuie validate empiric. Majoritatea producătorilor de schimbătoare de PTFE testează eprubete pentru presiunea externă hidrostatică. Presiunea de colaps măsurată pentru un tub de 6 mm OD cu grosimea peretelui de 1,0 mm la 20 de grade este adesea de 1,2-1,5 bar, oferind un factor de siguranță de 1,2-1,5 peste vidul complet. La 90 de grade presiunea de colaps poate fi de până la 0,8-1,0 bar și, prin urmare, este necesară o marjă de siguranță mai mare. Prin urmare, suporturile sunt distanțate mai strâns sau pereții sunt făcuți mai groși pentru un serviciu de vid la temperaturi ridicate.

Concluzie: Trăind în Strângerea Invizibilă
Grosimea peretelui unui schimbător de PTFE în vid trebuie să fie o luptă împotriva forței de strivire a atmosferei. Și un tub mai gros, mai rigid și bine susținut câștigă lupta. Tuburile sunt capabile să reziste la vid complet fără prăbușire din cauza grosimii minime a peretelui de 0,8-1,0 mm și a deflectoarelor distanțate apropiate (disparitate nesuportată 150 mm). Valoarea U-este îmbunătățită de peretele mai gros, dar alternativa-un tub prăbușit și înfundat - este inacceptabilă. Presiunea silențioasă și invizibilă a aerului din exterior este cea mai puternică forță dintr-un sistem de vid și o grosime a peretelui tubului selectată corespunzător este singura apărare împotriva acesteia.