آرشیو مقالات

آرشیو مقالات

طراحی تجهیزات انتقال حرارت در دستگاه اختلاط ایستا برای چسب، درزگیر، رزین و پلیمرها

طراحی تجهیزات انتقال حرارت در دستگاه اختلاط ایستا برای چسب، درزگیر، رزین و پلیمرها

ﺳﻪشنبه, 09 مرداد,1397

رتبه بندی این مطلب:
5/0

 بسپار/ ایرا پلیمردر میان صنایع مختلف، سیال­ های مورد استفاده در صنایع چسب و درزگیر پرچالش ­ترین سیالات در مرحله فرآوری به شمار می­روند. مشخصه­ های این سیال­ ها که موجب سخت شدن فرآوری آن­ها می­شود، عبارت هستند از:

  • گرانروی بالا (معمولاً Pa.s 1 تا 2000 یا cP 1000 تا 2 میلیون)
  • غیرنیوتنی بودن (گرانروی ثابت نیست و با نرخ برش تغییر می­کند)
  • برخی از آن­ها باید در دمای نزدیک به نقطه سخت شدن فرآوری شوند که نزدیک به دمای تغییر فاز از مایع به جامد است (مانند چسب­های گرماذوب)
  • تقریبا همه آن­ها دارای رسانایی حرارتی پایین هستند که این ویژگی سبب مقاومت آن­ها به گرم شدن یا خنک شدن می­گردد.
  • به سبب گرانروی بالا، انتقال آن­ها از نقطه­ای به نقطه دیگر در کل مراحل فرآوری نیازمند پمپ فشار بالا می­باشد.
  • برای ایجاد جریان­پذیری در این دسته از سیال­ها، غالباً باید در دمای بالاتر از دمای محیط فرآوری شوند.
  • برخی از سیالات فرآوری شده، دارای کاربرد در صنایع غذایی هستند و موادی که در تماس با سیال هستند باید به تایید سازمان غذا و دارو برسند.
  • تمیز کردن و نگهداری دستگاه به صورت ایمن امری مشکل است و موجب توقف فعالیت دستگاه می­شود.
  • امکان تخریب بسیاری از سیالات فرآوری شده در اثر حرارت دیدن در طولانی مدت وجود دارد.  
  • کنترل تاریخچه حرارتی محصول با جلوگیری از طولانی شدن زمان اقامت سیال (کاهش احتمال تخریب)، به محض آرام شدن جریان سیال بسیار مشکل می­گردد.
  • خطوط فرآیند معمولاً برای سیالات و سرعت جریان­های مختلفی طراحی شده­است که موجب پیچیدگی بیشتر فرآیند می­شود.

گرم کردن و خنک کاری

گرم کردن و خنک­ کاری، فرآیندهای کلیدی در صنعت چسب و درزگیر هستند و چالش­ های برشمرده در فوق در آن­ها اجتناب­ ناپذیر است. بسیاری از محصولات باید در دماهای بالا فرآوری و یا تهیه شوند، سپس خنک می­شوند تا مراحل بعدی تسهیل شود.

برای موارد زیر، گرم کردن ممکن است ضروری باشد:

  • برای کاهش گرانروی محصول جهت کم کردن افت انرژی در صفحات، فیلترها و دیگر قطعات.
  • برای کاهش گرانروی جهت بهینه کردن عملکرد کمربند خنک­ساز و گرانول­سازی زیر آب.
  • برای گرن کردن محتویات راکتور در حین پمپ کردن تا زمان گرم کردن و زمان کل فرآیند کم شود.

برای موارد زیر، خنک­کاری ممکن است ضروری باشد:

  • جهت کاهش دمای محصول تا بسته ­بندی به خوبی صورت گیرد.
  • جهت کاهش دما و افزایش گرانروی بعد از راکتور تا عملکرد کمربند خنک­ساز و گرانول­سازی زیر آب بهینه شود.
  • برای کاهش دما پیش از عبور از عبور محصول از اکسترودر.

در صنایع چسب و درزگیر، روغن حرارتی رایج­ترین منبع گرمایی غیرمستقیم است. این روغن با گرم­کن­ های الکتریکی یا گازی گرم می­شوند.

از خنک­ کن­ های رایج می­توان به روغن حرارتی (با دمای تنظیم شده در نقطه­ای پایین­تر از دمای هدف محصول) و آب با دمای مشخص اشاره کرد. آب سرد به ندرت مورد استفاده قرار می­گیرد زیرا بسیاری محصولات این صنعت دارای دمای انجماد بالاتر از دمای آب لوله ­کشی یا دمای آب برج خنک­کن هستند. همچنین احتمال خطر تبخیر آب در اثر رسیدن به نقطه جوش نیز وجود دارد.

در عملیات خنک­کاری، روغن حرارتی با دمایی بیش از دمای ورود خود، از تجهیزات انتقال حرارت بازمی­گردد. در برخی نقاط خنک کردن روغن ضروری است، یک مبدل حرارتی صفحه­ای به مخزن تامین­کننده روغن داغ متصل می­گردد و از آب به­عنوان ماده خنک­کننده استفاده می­شود.  

تئوری

برای حل مشکلات گرم کردن و خنک­کاری، باید تئوری­ های مربوط به انتقال حرارت رسانشی و همرفت غیرمستقیم و چگونگی ارتباط آن با طراحی تجهیزات انتقال حرارت غیرمستقیم را به­طور کامل درک کرد.

معادله زیر، اولین معادله کلیدی است که تعیین­کننده میزان چالش گرم و خنک کردن می­باشد:

مرحله عملی

اکنون هدف اصلی بیشینه کردن پارامتر U در دستگاه انتقال حرارت و کمینه کردن مساحت سطح انتقال حرارت است. این امر موجب می­شود که ابعاد و هزینه مورد نیاز برای دستگاه انتقال حرارت به کمترین مقدار ممکن برسد. یکی از دستگاه­های رایج صنایع چسب، درزگیر، پلیمر و رزین به منظور گرم کردن و خنک­ کاری مبدل حرارتی کِنیکس است. این دستگاه یک مبدل حرارتی پوسته و لوله می­باشد که مشخصاً برای تامین نیاز صنایع چسب و درزگیر طراحی شده­است. هد ورودی و خروجی دستگاه را می­توان به نحوی طراحی کرد که فضای مرده را به حداقل رساند، همچنین بتوان با عایق حرارتی مناسب از سرد شدن و سخت شدن سیال فرآیندی به صورت نقطه­ای و محلی جلوگیری کرد.

در هر لوله تجهیزات اختلاط ایستای کِنیکس قرار دارد تا از رسیدن محصولات فرآوری شده به سطوح انتقال حرارت و اختلال در الگوی جریان معمول در لوله خالی جلوگیری کند. اختلاط سیال عبوری از هر لوله به صورت پیوسته و شعاعی موجب انتقال حرارت همرفت (در قیاس با یک لوله خالی) می شود و از گرادیان دمایی و متعاقباً سوختن/ یخ زدگی محصول جلوگیری می­نماید (شکل 1).

شکل 1: اختلاط شعاعی پیوسته سیال

 

 

(ادامه دارد ...)

 

متن کامل این مقاله را در شماره 190ام دوماهنامه پوشرنگ که در پایان تیرماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.

نوشتن یک نظر

افزودن نظر

x
دی ان ان