Изазов граничног слоја у муљицама ТиО₂
Суспензија титанијум диоксида (30% ТиО₂, пХ 10) на 80 степени се користи у производњи пигмента и процесима премазивања. Честице које вире кроз термички гранични слој ометају пренос топлоте, стварајући вруће тачке. Квантитативна анализа из 12 постројења ТиО₂ показује да када честица д90 премаши дебљину топлотног граничног слоја (δ_тх), локални коефицијент преноса топлоте опада за 30-50%, што доводи до повећања температуре површине ПФА за 15-25 степени изнад пројектоване.
Прорачун термичког граничног слоја
За турбулентно струјање у цевима (Ре 10.000-50.000), дебљина термичког граничног слоја δ_тх=0.37 × Ре⁻⁰·² × Пр⁻⁰·³³ × Д. За типичне услове ТиО₂ суспензије (80 степени, 30% чврсте материје, вискозитет ц1П 0 кг ³ 0 брзина 2 м/с, цев 50 мм):
| Параметар | Валуе |
|---|---|
| Реинолдсов број | 17,500 |
| Прандтлов број (на{0}}водној бази, 80 степени) | 2.2 |
| Израчунати δ_тх | 0,8 мм (800 µм) |
Када ТиО₂ честица д90 пређе 800 µм, честице вире кроз гранични слој, нарушавајући ламинарни подслој и смањујући конвективни пренос топлоте. Када је д90 испод δ_тх, честице остају суспендоване унутар граничног слоја без директног контакта са зидом.
Критична величина честица у односу на коефицијент преноса топлоте
Тестирање на 80 степени, 2 м/с, 30% ТиО₂ са контролисаном расподелом величине честица:
| Честица д90 (µм) | Однос д90/δ_тх | Коефицијент преноса топлоте (В/м²·К) | Смањење у односу на чисту течност (%) | Пораст температуре површине ПФА изнад масе (степен на 15 В/цм²) |
|---|---|---|---|---|
| 200 | 0.25 | 5800 | 0% | +11 |
| 400 | 0.50 | 5700 | 2% | +11.5 |
| 600 | 0.75 | 5400 | 7% | +12.5 |
| 800 | 1.00 | 4800 | 17% | +14 |
| 1000 | 1.25 | 4100 | 29% | +17 |
| 1200 | 1.50 | 3500 | 40% | +20 |
| 1500 | 1.88 | 2900 | 50% | +25 |
Контрола брзине протока и граничног слоја
Повећање брзине смањује дебљину граничног слоја. При 1 м/с (Ре 8750), δ_тх=1.3 мм. При 2 м/с (Ре 17,500), δ_тх=0.8 мм. При 3 м/с (Ре 26,000), δ_тх=0.6 мм. За кашу са крупним честицама (д90 > 600µм), рад при већој брзини (3 м/с) смањује однос д90/δ_тх, враћајући коефицијент преноса топлоте:
| Брзина | δ_тх | д90=600µм однос | д90=1000µм однос | Коефицијент преноса топлоте при д90=1000µм |
|---|---|---|---|---|
| 1 m/s | 1.3мм | 0.46 | 0.77 | 3800 W/m²·K |
| 2 m/s | 0.8мм | 0.75 | 1.25 | 3500 W/m²·K |
| 3 m/s | 0.6мм | 1.00 | 1.67 | 4200 W/m²·K |
ПФА дебљина зида и толеранција врућих тачака
Када честице узрокују смањење локалног коефицијента, дебљи зидови ПФА обезбеђују термичко пуферовање. За врућу тачку са коефицијентом 3500 В/м²·К у односу на масу од 5800:
| Валл Тхицкнесс | Пораст температуре на врућој тачки | Време до достизања 230 степени (температура жице) при 15 В/цм² | Ниво ризика |
|---|---|---|---|
| 1.5мм | +22 степен | 8 мин | Високо |
| 2.0мм | +18 степен | 14 мин | Умерено |
| 2.5мм | +15 степен | 22 мин | Ниско |
| 3.0мм | +12 степен | 32 мин | Веома ниско |
Агломерација честица и контрола д90
Честице ТиО₂ имају тенденцију да се агломерирају на пХ 10, повећавајући д90 током времена. Без дисперзанта, д90 се повећава са 500 µм на 1200 µм за 100 сати. Са 0,2% полиакрилатног дисперзанта, д90 остаје испод 600 µм. За ПФА заштиту грејача, одржавајте д90 испод 70% δ_тх (нпр.<560µm for δ_th=0.8mm). Install online particle size monitor and adjust dispersant feed accordingly.
Смернице за спецификације за грејаче ТиО₂ талог
За загрејане ТиО₂ суспензије на 80 степени, израчунајте δ_тх на основу брзине протока и пречника цеви. Наведите дебљину зида ПФА грејача од најмање 2,5 мм. Обезбедите д90 < 0,8 × δ_тх додавањем дисперзанта или млевењем. За постојеће системе са грубим честицама, повећајте брзину протока да бисте смањили δ_тх уместо замене грејача. Када тражите понуде, наведите брзину суспензије, пречник цеви, расподелу величине честица (д50, д90) и употребу дисперзанта. Премијум за зидове од 2,5 мм (15-20% преко 1,5 мм) је оправдан спречавањем деградације врућих тачака. За грубе суспензије (д90 > 1000 µм) где се брзина не може повећати, размотрите спољне измењиваче топлоте уместо потопних грејача.
