Κατά την εκ των υστέρων τοποθέτηση ατμού-Θερμαινόμενοι μπλοκ γραφίτη με PFA-Επικαλυμμένες ηλεκτρικές θερμάστρες σε αλκυλίωση θειικού οξέος (98% H2SO4, 60 μοίρες , 10 bar), Πώς γίνεται η αλλαγή στη θερμική αγωγιμότητα τοιχώματος (0,19 έναντι. 120 ιντσών γραμμάτων% 4) Περιοχή επιφάνειας θερμαντήρα για διατήρηση της λειτουργίας θερμότητας;

Η πρόκληση της θερμικής αγωγιμότητας στην αλκυλίωση θειικού οξέος
Οι εναλλάκτες θερμότητας μπλοκ γραφίτη (θερμική αγωγιμότητα 120 W/m·K) χρησιμοποιούνται για αλκυλίωση θειικού οξέος (98% H2SO4) στους 60 βαθμούς και 10 bar. Η απόδοση μεταφοράς θερμότητας μειώνεται σημαντικά όταν τοποθετούνται εκ των υστέρων ηλεκτρικοί θερμαντήρες με επίστρωση PFA (θερμική αγωγιμότητα 0,19 W/m·K). Η χαμηλή αγωγιμότητα του PFA απαιτεί 35–45% μεγαλύτερη επιφάνεια για να διατηρήσει την ίδια θερμότητα με τον γραφίτη, αυξάνοντας το μέγεθος της δέσμης του θερμαντήρα και την απώλεια πίεσης, σύμφωνα με ποσοτικά δεδομένα από οκτώ μονάδες αλκυλίωσης.

Σύγκριση θερμικής αγωγιμότητας και απαιτούμενης επιφάνειας
Το στρώμα χαμηλότερης αντίστασης κυριαρχεί στον συνολικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας U για παρόμοια λειτουργία θερμότητας Q=U × A × ΔT. Η αντίσταση του τοίχου των μπλοκ γραφίτη είναι αρκετά χαμηλή. Σημαντική αγώγιμη αντίσταση προστίθεται από το PFA:

Παράμετρος Graphite Block PFA-Αναλογία ηλεκτρικού θερμαντήρα με επίστρωση (τοίχος 2,0 mm) (PFA/Γραφίτης)
Θερμική αγωγιμότητα τοίχων (W/m·K) 120 0.19 0.0016
Αντίσταση τοίχου (m²·K/W, γραφίτης 20 mm έναντι. 2.0mm PFA) 0.00017 0.0105 62x
Συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας U (W/m²·K) 850 550 0.65x
Απαιτούμενη επιφάνεια για παρόμοια εργασία 1,0x 1,55x +55%
Υπολογισμός Αύξησης Περιοχής
Για πραγματικές υπηρεσίες αλκυλίωσης με αντίσταση ρύπανσης 0,0005 m²·K/W οξέος-:

Σύστημα PFA Component System (2,0mm) Σύστημα PFA (2,5mm)
Αντοχή φιλμ στην όξινη πλευρά 0.0008 0.0008 0.0008
Αγώγιμη αντίσταση του τοίχου 0.00017 0.0105 0.0132
Εσωτερική αντίσταση του θερμαντήρα 0.0003 0.0003 0.0003
Ολική αντίσταση (m²·K/W)=0.00127 0.0116 0.0143
U (W/m²·K) 787 86 70
Απαιτούμενη αύξηση περιοχής 1,0x 9,2x 11,2x
Η αγώγιμη αντίσταση κυριαρχεί, σύμφωνα με αυτόν τον υπολογισμό. Οι θερμαντήρες PFA δεν είναι μια απλή αντικατάσταση για μπλοκ γραφίτη. απαιτούν ριζικά διαφορετική γεωμετρία.

Πρακτικές στρατηγικές αναβάθμισης
Τρεις μέθοδοι χρησιμοποιούνται με τους θερμαντήρες PFA για την επίτευξη της επιθυμητής λειτουργίας θερμότητας:

Στρατηγική: Απαιτείται Αύξηση Περιοχής Πτώση Πίεσης Αύξηση Βιωσιμότητας
Επεκτείνετε το μέγεθος της δέσμης θέρμανσης9-11x 5-8x Μη πρακτικό
Μειώστε το πάχος του τοιχώματος PFA1,0 mm: 5x αύξηση περιοχής 3x οριακό (1,0 mm μπορεί να μην είναι ανθεκτικό)
Χρησιμοποιήστε μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος Η σταθερότητα του οξέος περιορίζει την ίδια ισχύ 2x (30 W/cm²).
Συνδυάστε τακτικές: 1,5 mm συν 2x ισχύς 3x αύξηση περιοχής 2x Πιο χρήσιμο
Πάχος τοίχου έναντι απαίτησης περιοχής
Για σταθερή λειτουργία θερμότητας με πυκνότητα ισχύος 2x (30 W/cm² σε αντίθεση με τη γραμμή βάσης των 15 W/cm²):

Πάχος τοίχου U (W/m²·K) σε ισχύ 2x Απαιτούμενη περιοχή έναντι αύξησης θερμοκρασίας επιφάνειας οξέος γραφίτη
1,0 χιλιοστά 105 7.5x +15 μοίρα 1,5 χιλιοστά 95 8.3x +18 μοίρες 2,0 χιλιοστά 86 9.2x +22 μοίρες 2,5 χιλιοστά 70 11.2x +28 μοίρες
Όρια στις θερμοκρασίες οξέος
Το 98% H2SO4 στους 60 βαθμούς είναι κοντά στο όριο διάβρωσης για πολλά υλικά. Η υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας από παχύτερα τοιχώματα PFA βελτιώνει τη διαβρωτικότητα του οξέος:

Θερμοκρασία επιφάνειας (βαθμός) 98% H2SO4 Ρυθμός διάβρωσης στα 316L (mm/έτος) Κατάλληλο για υπηρεσίες αλκυλίωσης;
60 (βασική γραμμή) 0,05 Ναι, 70 0.15 Οριακό, 80 0.40 Όχι, 90 1.0 Σοβαρό
Για υπηρεσίες αλκυλίωσης, διατηρήστε το πάχος του τοιχώματος PFA σε όχι περισσότερο από 1,5 mm για να διατηρήσετε τη θερμοκρασία της επιφάνειας κάτω από τους 70 βαθμούς.

Μια διαφορετική μέθοδος μετασκευής
Οι εναλλάκτες θερμότητας-με επένδυση κελύφους-και{-σωλήνων PFA με μεταλλικούς πυρήνες είναι μια εναλλακτική λύση για τους θερμαντήρες άμεσης εμβάπτισης. Η θερμότητα μεταφέρεται μέσω της λεπτής επένδυσης PFA από την υψηλή αγωγιμότητα του μεταλλικού πυρήνα:

Γραφίτης έναντι Αποτελεσματικής Διαμόρφωσης Αύξηση περιοχής U (W/m²·K): Είναι πρακτικό για μετασκευή;
Μπλοκ γραφίτη 787 1.0x Βασική γραμμή
Εμβαπτιζόμενος θερμαντήρας PFA 86-105 7.5-9x Μη πρακτικός PFA-μεταλλικός εναλλάκτης με επένδυση 450 1.75x Πρακτικός εναλλάκτης PFA-ηλεκτρικός θερμαντήρας με επίστρωση (υψηλής πυκνότητας) 200 3.9x Δυνατότητα με αναβάθμιση αντλίας Οδηγίες προδιαγραφών για μετασκευές αλκυλίωσης
Αποφύγετε την επανατοποθέτηση του θερμαντήρα απευθείας εμβάπτισης όταν αντικαθιστάτε μπλοκ γραφίτη με θερμαντήρες PFA σε αλκυλίωση 98% H2SO4. Αντιθέτως, ορίστε PFA-επενδυμένους εναλλάκτες κελύφους τιτανίου-και-με επένδυση PFA 1,5 mm που απαιτούν επιφάνεια 1,75x και παρέχουν U ≈ 450 W/m²·K. Για ηλεκτρικούς θερμαντήρες, χρησιμοποιήστε τοίχους PFA 1,5 mm με πυκνότητα ισχύος 30 W/cm² και εξαναγκασμένη κυκλοφορία οξέος για να διατηρήσετε τη θερμοκρασία της επιφάνειας κάτω από τους 70 βαθμούς. Πριν από την κατασκευή, απαιτήστε από τον προμηθευτή να επικυρώσει τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας υπό πραγματικές συνθήκες-παγκόσμιας διαδικασίας. Η εξάλειψη της διαρροής οξέος και της πυρόλυσης μπλοκ γραφίτη στις υπηρεσίες αλκυλίωσης δικαιολογεί την αύξηση κατά 1,75–2,0 φορές στο κόστος της περιοχής. Αντί να τοποθετείτε εκ των υστέρων, σχεδιάστε από την αρχή νέες εγκαταστάσεις χρησιμοποιώντας-εναλλάκτες με επένδυση PFA. Εξετάστε το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσετε αρκετούς μικρότερους θερμαντήρες διασκορπισμένους σε όλο τον αντιδραστήρα και όχι μια τεράστια δέσμη όταν οι περιορισμοί χώρου απαγορεύουν την επέκταση της περιοχής.