Како се плочасти{0}}и-оквири размењивача топлоте са ПТФЕ заптивкама упоређује са ПТФЕ јединицом са омотачем-и-цеви?

Измењивачи са омотачем-и-су најбољи у корозивном раду, али плочасти{2}}и-измењивачи са заптивкама од флуорополимера пружају убедљиву алтернативу. Њихова основна геометрија доводи до различитих карактеристика перформанси које могу бити корисне у неким апликацијама. За чисте процесне течности под умереним притиском, плоча-и-дизајн оквира са ПТФЕ заптивкама може да понуди бољу ефикасност преноса топлоте и драматично мањи отисак од стандардног ПТФЕ измењивача са омотачем-и-цеви.

Преглед дизајна плоча и оквира наспрам шкољке и цеви
Плочасти{0}}и-размењивачи топлоте се састоје од низа валовитих металних плоча притиснутих заједно у оквиру. Свака плоча има заптивку (у овом случају ПТФЕ или било који други флуорополимер) која затвара канале протока и усмерава топле и хладне течности на алтернативне путеве. Течности теку кроз танке вијугаве просторе између плоча у смеру супротног -струјног или попречног- смера тока. Набори подстичу турбуленцију чак и при малим брзинама протока, што значајно побољшава пренос топлоте.

ПТФЕ измењивачи топлоте-и-цеви (као што је детаљно описано у другим чланцима) су направљени од снопа ПТФЕ цеви смештених у металну или пластичну шкољку. Сервисна течност тече на другој страни, а корозивна течност тече кроз цеви (или око њих). Зидови ПТФЕ цеви су нешто дебели тако да се пренос топлоте врши проводљивошћу. Ток је генерално ламинаран или ниске{5}}турбуленције осим ако се не користе велике брзине.

Главна разлика је супстанца површине за пренос топлоте. У конструкцији плоча-и-рама, плоче су металне (обично нерђајући челик, Хастеллои, титанијум или друге легуре), а само заптивке су ПТФЕ. Процесна течност је у контакту са металним плочама и ПТФЕ заптивкама. ПТФЕ кућиште-и-јединица има све влажне површине од ПТФЕ, који има универзалну отпорност на корозију, али знатно лошију топлотну проводљивост.

Термичке перформансе: Више У{0}}вредности постигнуте захваљујући геометрији плоче
Плочасти и оквирни измењивач има највећу предност у укупном коефицијенту преноса топлоте (У-вредност). То је због бројних узрока.

Танке металне плоче - Дебљина плоча је обично 0,5 до 1,0 мм у односу на зидове ПТФЕ цеви од 1,0 до 2,0 мм. Метали (нерђајући челик ~15 В/м·К, титанијум ~17 В/м·К, Хастеллои ~10 В/м·К) преносе топлоту реда величине боље од ПТФЕ (~0,25 В/м·К). Метална плоча је далеко бољи проводник топлоте чак и ако се узме у обзир отпор ПТФЕ заптивки (које представљају само мали део укупне површине).

Висока турбуленција - Дизајн валовите плоче изазива високу локалну турбуленцију. Ово нарушава граничне слојеве и значајно смањује конвективни отпор на обе стране флуида. У ПТФЕ системима са омотачем{3}}и-цеви, проток у ПТФЕ цевима малог -пречника је обично ламинаран осим ако се не користи значајна снага пумпања, а бочни проток-бочни ток је такође релативно благ.

Прави контра{0}}струјни проток - Плочасти-и-системи могу да произведу скоро савршен проток против-струје, максимизирајући дневну средњу температурну разлику (ЛМТД). ПТФЕ измењивачи са омотачем и цеви се обично постављају у конфигурацијама са попречним или мешовитим протоком које су термодинамички мање ефикасне.

У пракси, за исти пар течности, може се очекивати да плоча-и-измењивач топлоте са ПТФЕ заптивкама има укупну У-вредност три до пет пута већу од оне код ПТФЕ кућишта-и-јединице. У водоводној-водној употреби, плочасти измењивач може да постигне 3.000-5.000 В/м²·К, док јединица од ПТФЕ шкољке-и цеви може да достигне само 200-400 В/м²·К. У корозивним хемијским услугама корист је и даље велика, али апсолутне вредности зависе од квалитета течности и тенденције зарастања.

Отисак и тежина: компактност дизајна плоче
У-вредност је много већа, па стога плочасти{1}}и-измјењивач захтијева далеко мању површину за пренос датог топлотног оптерећења. Резултујући отисак је обично једна-трећина до једне-петине измењивача топлоте из ПТФЕ омотача и цеви са истим термичким перформансама. Тежина је такође значајно смањена јер је пакет плоча много лакши од снопа ПТФЕ цеви са металним кућиштем.

Компактност плоча-и-дизајна оквира је посебна предност за апликације где је простор на првом месту, као што је накнадна уградња у постојеће процесне платформе, платформе на мору или модуларна хемијска постројења. ПТФЕ кућиште-и-измјењивач сличног оптерећења може бити дужине неколико метара и заузети знатну површину пода, док се плочасти измјењивач може инсталирати вертикално или хоризонтално у дијелу овог простора.

Ограничења у притиску и температури
Јединице шкољке и цеви (метални омотач) направљене од ПТФЕ-а могу се користити за умерене до високе притиске, обично 6-10 бара на страни цеви, 10-20 бара на страни омотача, у зависности од дизајна. ПТФЕ цеви су ограничене на притисак, али је метално кућиште чврсто затворено. ПТФЕ цеви могу толерисати температуре од 110 до 120 степени; ПФА цев, 150 до 180 степени.

Строжија ограничења се примењују на измењиваче плоча-и-рамова са ПТФЕ заптивкама:

Притисак – Заптивке морају бити довољно стиснуте да заптиве уз плоче. Потребна сила стезања расте са повећањем унутрашњег притиска и повећава се могућност екструзије заптивке или цурења. Типични максимални радни притисци за ПТФЕ- заптивене плочасте измењиваче су 6-10 бара (85-145 пси), са неким системима оцењеним на 15 бара. За веће притиске су потребне дебље плоче, тежи оквири и специфични облици заптивача, што повећава трошкове.

Температура - ПТФЕ заптивке почињу да пузе и губе своју заптивну силу изнад отприлике 150 до 180 степени. Ово зависи од врсте флуорополимера који се користи (ПТФЕ, ПФА или модификовани ПТФЕ). Рад изнад 160 степени се обично не препоручује за континуирани рад. Неки дизајни ПТФЕ шкољке-и-цеви (са ПФА цевима) могу да раде до 180-200 степени, али стварна ограничења су често нижа.

За корозивне радове при високом притиску или високој температури, ПТФЕ јединица са шкољком и цевима може бити једина опција. За благе услове (нпр. . 5 бар и 100 степени) плочасти измењивач је у потпуности прикладан.

Отпорност на корозију: легуре у односу на пуне флуорополимерне плоче
ПТФЕ измењивачи омотача и цеви су универзално отпорни на корозију. ПТФЕ је скоро потпуно инертан за све супстанце осим растопљених алкалних метала и елементарног флуора на високој температури. Због тога су погодни за високо агресивне мешане киселине, царску воду, јаку азотну киселину и друге течности које би напале већину метала.

Плочасти{0}}и-измењивачи са ПТФЕ заптивкама зависе од металних плоча за примарну заштиту од корозије. Заптивке су једини део од ПТФЕ. Због тога се материјал плоче мора одабрати тако да издржи одређени процесни флуид. Ево неких уобичајених опција:

Нерђајући челик (304/316) – Само за благе киселине и неутралне растворе.

Хастеллои Ц-276 или Б-3 - Одлична отпорност на хлороводоничну киселину, сумпорну киселину и редукционе услове. Нападају јаке оксидирајуће киселине.

Титан (Град 2, Граде 7) - Одлична отпорност на оксидирајуће киселине (азотне, хромне) и хлориде. Биће нападнут флуороводоничном киселином и неким редукујућим киселинама.

Цирконијум или тантал - Егзотичне легуре за тешке услове, али веома скупе.

Плочасти измењивач може бити исплативо решење ако је процесна течност компатибилна са приступачном легуром плоча (нпр. титанијум за азотну киселину, Хастеллои за ХЦл). Међутим, тамо где течност садржи неколико непријатељских врста (нпр. мешана киселина са и оксидационим и редукционим компонентама), ниједан метал не може бити прихватљив. У таквим случајевима ПТФЕ кућиште-и-јединица са својим универзалним отпором је сигурнији избор.

Прљање, чишћење, одржавање
Измењивачи плоча-и-рамова се могу једноставно раставити ради чишћења. Плоче се могу уклонити једна по једна и могу се чистити механички (четкање, прање под притиском) или хемијски. Ово је велики плус за услуге које стварају меке или лепљиве нечистоће. Међутим, мале поре између плоча (обично 2-5 мм) су подложне пуњењу честицама, влакнима или кристализирајућим супстанцама. Плочастим измењивачем је потребно добро изграђено сито или филтер узводно да би се уклониле честице веће од отприлике 1 мм.

ПТФЕ измењивачи са омотачем-и-цеви нуде веће канале протока (унутрашњи пречник цеви често 5–15 мм) и мање су склони зачепљењу. Глатка ПТФЕ површина ниског трења такође спречава лепљење бројних наслага (погледајте чланак о површинској енергији). Али теже се чисти.“ Чишћење унутрашњости цеви се врши механички (специјални инструменти – четкице за цеви) и често хемијски. Цеви се не могу вадити једна по једна ради прегледа, већ се цео сноп мора извадити из шкољке.

Једна од великих предности измјењивача плоча је да ако се заптивка поквари или плоча кородира, појединачне плоче и заптивке могу бити замијењене за неколико сати. У ПТФЕ кућишту-и-јединици, ако једна цев поквари, можда ће морати да се зачепи цев (смањење површине) или ће можда морати да се замени цео сноп цеви, што је скуп и дуготрајан-задатак.

Типичне примене за сваку технику
Плочасти{0}}и-измењивачи са ПТФЕ заптивкама се често користе у чистим комуналним услугама (вода-вода, вода{3}}гликол, пара ниског притиска) где течност није претерано корозивна. Они се виде у применама хемијских процеса у:

Хлађење разблажених киселина (нпр.. 10% сумпорне киселине) где је погодан титанијум или нерђајући челик.

Платинг купке се користе са добром филтрацијом и умереним температурама.

Повраћај топлоте из релативно чистих корозивних токова.

ПТФЕ измењивачи омотача-и-цеви су пожељна опција за високо корозивне, оксидирајуће киселине или честице{2}}напуњене киселинама као што су:

Линије за мешано кисело кисељење (ХНО3+ХФ)

Хот цонц. хлороводонична киселина.

Акуа региа и друге оштре мешавине.

Третман отпадних киселина са променом састава течности

Табела поређења: плоча и оквир наспрам шкољке и цеви (ПТФЕ)
Карактеристична плоча и оквир са ПТФЕ ПТФЕ заптивкама за шкољке и цеви
Укупни коефицијент преноса топлоте (У-вредност) Висок (3-5× већи од омотача-и цеви) Низак (ограничена проводљивост ПТФЕ)
Отисак (по дужности) (1× основна линија) Мали Велики (3–5 пута већи)
Максимални одрживи притисак 6-10 бара (већи са специфичним дизајном) 6-10 бара на страни цеви (метални омотач може бити већи)
Макс. континуирана температура 150–180 степени (заптивка-ограничена)110–120 степени (цеви од ПТФЕ); 150-180 степени (епрувете од ПФА)
Отпорност на корозију зависи од плочастих легура ПТФЕ заптивке Универзалне (ПТФЕ или ПФА на свим мокрим површинама)
Осетљивост на честице прашине Висока (танке празнине које теже да се запуше) Ниска (већи пречници цеви; глатка површина)
Лако за одржавање Веома добро (плоче се могу раставити и четкати) Поштено (потребно је хемијско чишћење или четкање цеви)
Висока могућност поправке (заменљиве појединачне плоче и заптивке) Ограничена (чепљење цеви или замена снопа)
Први трошак (нпр. обавеза) Чисте, умерене услуге ниже. Боља општа отпорност на корозију
Типичне примене • Чисте разблажене киселине • Купке за полагање • Водоводне агресивне мешавине киселине, оксидационе киселине, отпадни токови различитог састава
Водич за доношење одлука: Одабир правог измењивача
Одлука за измјењивач плоча и оквира са ПТФЕ заптивкама или ПТФЕ кућиштем и цијеви треба да зависи од чистоће, корозивности, притиска и расположиве површине за течност.

Изаберите измењивач плоча{0}}и-рамова ако:

Процесна течност је чиста и честице су мање од 1 мм (или је обезбеђена одговарајућа филтрација).

Течност је компатибилна са легурама метала умерене цене (нерђајући челик, титанијум, Хастеллои) на радној температури.

Радни притисак је испод 10 бара, а температура испод 150 степени.

Простор је ограничен, а компактан отисак је важан.

Веома је важно једноставно растављање и чишћење.

Измењивач ће се користити за рекуперацију топлоте или за комуналне послове уместо директног контакта са веома реактивним мешаним киселинама.

Изаберите измењивач топлоте{0}}и-од ​​ПТФЕ када:

Течност се састоји од моћних оксидирајућих киселина (азотне, хромне) или комбинованих киселина које би напале било који метал.

Састав течности је непредвидив или лоше карактерисан, па стога постоји ризик у избору легуре.

Течност садржи честице, влакна или кристале који би могли да запуше мале празнине на плочи.

Operating pressure >10 bar or temperature >150 степени (са ПФА цевима).

Потребна је универзална отпорност на корозију без ризика од локализованог напада или удубљења.

Постројење нема могућност одржавања да редовно раставља и замењује заптивке.

Обе технологије постоје-упоредо-у многим окружењима хемијских процеса. ПТФЕ измењивач-и-цеви се може изабрати за грејање са високо корозивном мешавином киселином, док измењивач плоча-и-раме са титанијумским плочама и ПТФЕ заптивкама обавља послове хлађења чисте, разблажене азотне киселине на другим местима у истом постројењу.

Закључак: компактна ефикасност или универзална робусност
Плочасти и рамови размењивачи топлоте са ПТФЕ заптивкама обезбеђују високу термичку ефикасност и мали отисак због велике турбуленције и танких металних плоча. Њихове У-вредности су три до пет пута веће од оних код ПТФЕ кућишта и цеви, што резултира значајно мањим отиском и смањеном тежином.