Como selecionar um trocador de-e{1}}tubo de PTFE para condensação a vácuo de vapores corrosivos?

É como andar na corda bamba para condensar vapores corrosivos sob vácuo; o lado do casco deve ter uma queda de pressão baixa para sustentar o vácuo, mas os tubos devem ser grossos o suficiente para resistir ao colapso sob pressão externa. A seleção de um trocador de PTFE para esta função é um exercício de equilíbrio entre essas demandas opostas. A estabilidade mecânica e a eficiência hidráulica são os principais aspectos no processo de projeto de aplicações de vapores corrosivos de condensação a vácuo de trocadores de PTFE.

Condensação a vácuo para serviços corrosivos –
A condensação a vácuo é comumente usada no processamento químico para diminuir os pontos de ebulição e permitir a recuperação gradual de produtos químicos sensíveis ao calor ou com alto ponto de ebulição. Geralmente estão envolvidos vapores corrosivos, como orgânicos ácidos, produtos químicos halogenados ou intermediários reativos.

A densidade do vapor é baixa e os gradientes de pressão são mínimos sob condições de vácuo. Isto resulta num sistema muito sensível onde mesmo pequenas perdas de pressão podem diminuir a eficiência de condensação ou desestabilizar o sistema de vácuo.

Ao mesmo tempo, as condições do lado-do tubo podem aplicar pressão externa nos tubos de PTFE maior que a pressão interna, revertendo a situação de carga usual associada à operação normal do trocador de calor.

Possibilidade de colapso do tubo sob condições de vácuo
Pressão Externa como Controle de Carga Mecânica
No serviço a vácuo, a pressão no lado do casco é muito menor do que no lado do tubo. Isto significa que a parede do tubo está sob pressão externa, o que significa que é mais provável que desmorone, ovalize ou deforme.

A pressão de colapso do tubo é uma função do diâmetro do tubo, da espessura da parede e de falhas geométricas como a ovalização. Diâmetros maiores estão sujeitos a distorção sob força externa. Paredes mais finas não oferecem resistência suficiente à flambagem.

Para neutralizar isso, os tubos de PTFE para serviço de aspiração geralmente precisam de paredes mais espessas. Como regra geral, a espessura da parede deve ser de pelo menos 0,8 mm para tubos com diâmetro inferior a 12 mm quando operados em condições de vácuo. Isso fornece uma margem de segurança contra colapso e{4}}deformação por fluência a longo prazo.

No entanto, em projetos específicos, podem ser usados ​​suportes internos ou arranjos de tubos mais próximos, o que aumenta a complexidade e as restrições de produção.

Restrições na queda de pressão lateral-do casco na operação a vácuo
Projeto Hidráulico para Manter a Estabilidade do Vácuo
Os condensadores a vácuo são muito sensíveis à perda de pressão no lado do casco. Pequenas melhorias na resistência podem fazer uma grande diferença no desempenho do sistema.

Em sistemas de vapores corrosivos de condensação a vácuo de trocadores de PTFE, a queda de pressão no lado do-casco geralmente deve ser mantida na faixa de milibares de um-dígito para não perturbar o equilíbrio do vácuo.

Para este fim, a geometria lateral do casco é otimizada para minimizar a resistência ao fluxo:

A velocidade do vapor é reduzida por grandes diâmetros de casca

O tamanho do bico aumentou e evitou a restrição de entrada

Pouco ou nenhum uso de defletores em projetos-de fluxo cruzado aberto

Onde filme descendente apropriado ou configurações de contracorrente pura podem ser usadas

Cada borda do defletor é uma fonte de perda de pressão e, em serviços de vácuo, mesmo pequenos limites podem limitar o desempenho.

Compensações termo-hidráulicas em condensadores a vácuo
Transferência de calor versus preservação de pressão
Em trocadores normais de casco e tubos, geralmente são usados ​​defletores para aumentar a turbulência e, portanto, a transmissão de calor. Na condensação a vácuo, os defletores são comumente limitados. A ênfase muda da maximização da turbulência para a manutenção de baixas quedas de pressão.

Portanto, o projeto de transferência de calor depende mais de:

Maior área de superfície para troca de calor

Distribuição aprimorada de vapor

Processos controlados de condensação de filme

Isto dá uma filosofia de design que é radicalmente diferente da atmosférica ou pressurizada.

Diretrizes de projeto de condensadores de PTFE a vácuo
Método prático de seleção
A seleção de um condensador a vácuo de PTFE é geralmente realizada de forma organizada:

A espessura da parede do tubo é aumentada para resistir ao colapso externo

Diâmetro do tubo mantido moderado para reduzir a chance de empenamento

Trajeto de fluxo lateral otimizado para bloqueio mínimo

A queda de pressão é comparada com os limites do sistema de vácuo (por exemplo, operação absoluta de . 50 mbar).

A queda de pressão permitida depende diretamente do nível de vácuo operacional e requer estreita cooperação entre grupos de projetos térmicos e mecânicos.

Conclusão: A estabilidade mecânica define o desempenho do aspirador
Um condensador a vácuo de PTFE é um trocador de calor altamente especializado, onde o projeto térmico é dominado por aspectos mecânicos e hidráulicos. O equilíbrio entre a resistência ao colapso do tubo e a regulação da queda de pressão no lado-do casco é necessário para a integridade estrutural e a eficiência do vácuo.

A base do processamento a vácuo bem-sucedido é um condensador projetado corretamente. A espessura do material, o design do canal de fluxo e os requisitos de pressão são todos projetados como um sistema e são capazes de operação confiável em ambientes corrosivos e de baixa pressão.