A escolha de configuração de fluxo
Um trocador de calor-e-de tubo de PTFE em um circuito de circulação forçada pode ser organizado em contra-fluxo (fluxo de processo e fluxo de vapor em direções opostas) ou fluxo- paralelo (ambos fluem na mesma direção). A configuração afeta a diferença média logarítmica de temperatura, o perfil de temperatura ao longo do trocador e a temperatura máxima da parede do tubo.
Para a maioria das aplicações de aquecimento, o contrafluxo é preferido porque fornece um LMTD mais alto para as mesmas temperaturas de entrada e saída. O fluido do processo sai a uma temperatura próxima da temperatura de entrada do vapor, maximizando a recuperação de calor. No entanto, o fluxo paralelo-tem vantagens quando há necessidade de limitar a temperatura máxima da parede do tubo-o fluido do processo mais quente entra em contato com o vapor mais quente na mesma extremidade, de modo que a temperatura da parede é mais uniforme ao longo do comprimento do tubo.
Para trocadores de PTFE, onde a temperatura máxima da parede é uma preocupação para a vida útil de fluência, a escolha entre fluxo-contrafluxo e fluxo-paralelo envolve uma compensação-entre desempenho térmico e longevidade mecânica.
A comparação LMTD
O LMTD para contrafluxo-é: LMTD_cf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), onde ΔT1 é a diferença de temperatura em uma extremidade (entrada de vapor - saída do processo) e ΔT2 é a diferença na outra extremidade (saída de vapor - entrada do processo).
Para fluxo- paralelo: LMTD_pf=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2), onde ΔT1 é a diferença na extremidade de entrada (entrada de vapor - entrada do processo) e ΔT2 é a diferença na extremidade de saída (saída de vapor - saída do processo).
Para um fluido de processo aquecido de 20 a 60 graus usando 3 barg de vapor saturado a 143 graus, o LMTD para contra-fluxo é de aproximadamente 101 graus. Para fluxo-paralelo, é de aproximadamente 96 graus. A diferença de 5% significa que um trocador-de contrafluxo requer 5% menos área de superfície para a mesma tarefa-uma vantagem modesta, mas real.
| Parâmetro | Contador-Fluxo | Fluxo-paralelo |
|---|---|---|
| Temperatura de entrada do processo | 20 graus | 20 graus |
| Temperatura de saída do processo | 60 graus | 60 graus |
| Temperatura do vapor (constante) | 143 graus | 143 graus |
| LMTD | 101 graus | 96 graus |
| Área de superfície relativa para o mesmo serviço | 0,95 (menor) | 1,00 (linha de base) |
| Temperatura máxima da parede do tubo | 143 graus na extremidade da saída do processo | 143 graus na extremidade de entrada do processo |
| Uniformidade de temperatura da parede | Varia ao longo do tubo | Mais uniforme |
A consideração da temperatura da parede para PTFE
Em um trocador de contrafluxo, a parede do tubo é mais quente na extremidade de saída do processo, onde o vapor de 143 graus entra em contato com o fluido do processo de 60 graus. A temperatura local da parede se aproxima de 140 graus, provocando fluência em alta taxa naquela seção do tubo.
Em um trocador de fluxo-paralelo, o vapor de 143 graus entra em contato com o fluido do processo de entrada de 20 graus na extremidade de entrada. A grande diferença de temperatura gera um alto fluxo de calor, mas a temperatura da parede é, na verdade, mais baixa do que no caso de contrafluxo porque o fluido frio do processo resfria a parede do tubo com mais eficiência. A temperatura da parede é mais uniforme ao longo do comprimento do tubo-tanto o vapor quanto o fluido do processo esfriam juntos à medida que viajam pelo trocador.
Para tubos de PTFE operando perto do limite de temperatura, o fluxo-paralelo pode proporcionar uma redução modesta na temperatura máxima da parede, prolongando a vida útil da fluência. O benefício é pequeno para a maioria das aplicações-redução da temperatura da parede de 5 a 10 graus, mas para trocadores que operam na extremidade superior da faixa de temperatura de PTFE (acima de 150 graus), a redução pode ser significativa para a vida útil.
A recomendação
Para a maioria das aplicações de trocadores de calor de PTFE, o contrafluxo é a configuração recomendada. A vantagem de 5% da área superficial reduz o tamanho e o custo do trocador. A diferença de temperatura da parede entre as duas configurações é pequena em temperaturas operacionais típicas (abaixo de 150 graus).
Para aplicações com temperaturas de vapor acima de 150 graus, onde a vida útil da fluência é uma restrição primária do projeto, o fluxo-paralelo deve ser considerado. A temperatura mais uniforme da parede reduz a taxa de fluência máxima na seção mais quente do tubo, prolongando a vida útil geral. O modesto aumento na área de superfície necessária é justificado pelo maior tempo entre as substituições dos tubos.
Resumo
A configuração de-contrafluxo fornece um LMTD 5% maior e requer menos área de superfície do que o fluxo-paralelo para o mesmo serviço de aquecimento. É a escolha preferida para a maioria das aplicações de trocadores de calor de PTFE. O fluxo-paralelo oferece uma pequena redução na temperatura máxima da parede do tubo que pode prolongar a vida útil de fluência para trocadores que operam acima de 150 graus de temperatura de vapor. A seleção equilibra a eficiência térmica com a longevidade mecânica.
O suporte de engenharia para a seleção da configuração do fluxo do trocador de calor PTFE está disponível mediante envio das temperaturas do fluido do processo, pressão do vapor e vida útil necessária.
