آپریٹنگ درجہ حرارت پر تقریباً 20,000 mPa·s کی viscosity کے ساتھ پولیمر محلول کو گرم کرنے کے لیے ایک خاص کیمیکل پلانٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ موجودہ PTFE وسرجن ہیٹر چار ماہ کے بعد ناکام ہو گیا تھا۔ میان نے نچلے گرم حصے کے ساتھ ایک نرم، چھالے والا بینڈ دکھایا، اور موصلیت کی مزاحمت 10 MΩ سے نیچے آ گئی تھی۔ ہیٹر کو 1.2 W/cm² پر مخصوص کیا گیا تھا، جو پانی کے لیے مناسب تھا لیکن چپکنے والے پولیمر محلول کے لیے بہت زیادہ جارحانہ تھا۔
ہائی واسکاسیٹی سیال گرمی کی منتقلی کا ایک بنیادی چیلنج پیش کرتے ہیں۔ ہیٹر کی سطح پر موٹی تھرمل باؤنڈری پرت گرمی کو پھنساتی ہے، اور ہیٹر کی سطح کا درجہ حرارت بلک سیال کے درجہ حرارت سے کہیں زیادہ بڑھ جاتا ہے۔ محفوظ واٹ کی کثافت viscosity کے ساتھ متناسب طور پر گرتی ہے۔ ہیٹر کی ترتیب کو کم واٹ کی کثافت پر مطلوبہ سطح کا علاقہ فراہم کرنے کے لیے ڈیزائن کیا جانا چاہیے، اور ہیٹر کی سطح پر بہاؤ کو باؤنڈری پرت کی موٹائی کو کم کرنے کے لیے برقرار رکھا جانا چاہیے۔
ہائی واسکاسیٹی سیالوں میں حرارت کی منتقلی کا مسئلہ
پانی کے مقابلے میں 100 گنا زیادہ واسکاسیٹی والے سیال میں، حرارت کی منتقلی کا گتانک پانی کی قدر کا 10-20% ہوتا ہے۔ درجہ حرارت کا فرق کسی دیے گئے حرارت کے بہاؤ کو منتقل کرنے کے لیے درکار ہے اسی مناسبت سے زیادہ ہے۔ 100× واسکاسیٹی فلو میں 1.0 W/cm² پر چلنے والے ہیٹر کے لیے، سطح-سے-بلک درجہ حرارت کا فرق 40–60 ڈگری ہو سکتا ہے۔
اعلی سطح کا درجہ حرارت PTFE انحطاط کو تیز کرتا ہے۔ پولیمر نرم ہو جاتا ہے، جہتی استحکام کھو دیتا ہے، اور زیادہ پارگمی ہو جاتا ہے۔ ہیٹر باہر سے اندر فیل ہو جاتا ہے۔
| سیال واسکعثاٹی | پانی سے متعلق | Convective Coefficient | سطح ΔT 1.0 W/cm² پر | محفوظ واٹ کثافت |
|---|---|---|---|---|
| پانی | 1× | 1,000–2,000 W/m²·K | 12-18 ڈگری | 1.5–2.0 W/cm² |
| 10× | 10× | 300–600 W/m²·K | 25-35 ڈگری | 1.0–1.3 W/cm² |
| 100× | 100× | 100–250 W/m²·K | 40-60 ڈگری | 0.6–0.9 W/cm² |
| 1,000× | 1,000× | 50–120 W/m²·K | 60-90 ڈگری | 0.4–0.6 W/cm² |
ہائی واسکاسیٹی سیالوں کے لیے حرارت کی منتقلی اور محفوظ واٹ کثافت
ملٹی-پاس کنفیگریشن
ایک ملٹی-پاس کنفیگریشن حرارتی سطح کو ایک بڑے علاقے میں تقسیم کرتی ہے، جس سے فی یونٹ علاقے میں واٹ کی کثافت کم ہوتی ہے۔ پاسوں کا اہتمام برتن کے دستیاب حجم کے اندر سطح کے رقبے کو زیادہ سے زیادہ کرنے اور ان کے درمیان بہاؤ کی اجازت دینے کے لیے کیا گیا ہے۔
0.7 W/cm² پر 6 kW ڈیوٹی کے لیے، مطلوبہ سطح کا رقبہ 8,571 cm² ہے۔ 50 ملی میٹر میان قطر کے ساتھ ملٹی-پاس ہیٹر اور 700 ملی میٹر کے آٹھ پاس ہر ایک ڈیوٹی کے لیے تقریباً 8,796 cm²-کافی فراہم کرتا ہے۔ پاسز کو ان کے درمیان بہاؤ کی اجازت دینے کے لیے 40-50 ملی میٹر کا فاصلہ رکھا گیا ہے۔
| واٹج | محفوظ واٹ کثافت | مطلوبہ سطح کا رقبہ | 50 ملی میٹر میان سے گزرتا ہے۔ | پاس کی لمبائی | اسپیسنگ پاس کریں۔ |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 کلو واٹ | 0.7 W/cm² | 4,286 cm² | 4 | 700 ملی میٹر | 40 ملی میٹر |
| 4 کلو واٹ | 0.7 W/cm² | 5,714 cm² | 5 | 700 ملی میٹر | 40 ملی میٹر |
| 5 کلو واٹ | 0.7 W/cm² | 7,143 cm² | 7 | 700 ملی میٹر | 45 ملی میٹر |
| 6 کلو واٹ | 0.7 W/cm² | 8,571 cm² | 8 | 700 ملی میٹر | 45 ملی میٹر |
| 8 کلو واٹ | 0.7 W/cm² | 11,429 cm² | 10 | 700 ملی میٹر | 50 ملی میٹر |
ہائی ویسکوسیٹی پولیمر سلوشنز کے لیے ملٹی-پاس کنفیگریشنز
Viscous سیالوں کے لئے بہاؤ اضافہ
ایک ملٹی-پاس کنفیگریشن اکیلے چپچپا سیال میں کافی نہیں ہے۔ باؤنڈری پرت کی موٹائی کو کم کرنے کے لیے ہیٹر کی سطح پر بہاؤ کو برقرار رکھا جانا چاہیے۔ ایک سرشار معلم یا ایک چھوٹا ری سرکولیشن پمپ درہوں میں بہاؤ کو ہدایت دے سکتا ہے۔
0.3-0.5 m/s کی مقامی رفتار باؤنڈری پرت کی موٹائی کو کم کرنے اور سطح کے درجہ حرارت کو 15-25 ڈگری تک کم کرنے کے لیے کافی ہے۔ بہاؤ مضبوط ہونے کی ضرورت نہیں ہے-اسے ہیٹر کی سطح کی طرف لے جانے کی ضرورت ہے۔
| بہاؤ بڑھانے کا طریقہ | مقامی رفتار | سطح ΔT کمی | عمل درآمد |
|---|---|---|---|
| ہیٹر پر معلم | 0.3–0.5 m/s | 15-25 ڈگری | چھوٹا پمپ یا کمپریسڈ ہوا |
| ری سرکولیشن لوپ | 0.4–0.6 m/s | 20-30 ڈگری | پمپ اور پائپنگ |
| مکینیکل ایجی ٹیشن | 0.2–0.4 m/s | 10-20 ڈگری | مشتعل یا ہلچل مچانے والا |
| اسپارج پائپ | 0.1–0.2 m/s | 8-15 ڈگری | کمپریسڈ ہوا |
چپچپا سیالوں کے لیے بہاؤ بڑھانے کے طریقے
ری ایکٹر جیومیٹری کے تحفظات
کیمیکل ری ایکٹر میں اکثر پلاٹنگ ٹینک سے مختلف جیومیٹری ہوتی ہے۔ ری ایکٹر بیلناکار ہو سکتا ہے جس کا اوپر اور نیچے گنبد ہو سکتا ہے، جس میں سنٹرل ایگیٹیٹر شافٹ اور بفلز ہوتے ہیں۔ ہیٹر کے لیے دستیاب جگہ مشتعل کرنے والے اور برتن کی دیوار کے درمیان کنڈلی والے علاقے تک محدود ہے۔
ایک خمیدہ ملٹی پاس کنفیگریشن جو برتن کی دیوار کی پیروی کرتی ہے کنڈلی اسپیس کے اندر سطح کے رقبے کو زیادہ سے زیادہ کرتی ہے۔ پاسوں کو مشتعل کے گرد ایک انگوٹھی میں ترتیب دیا جاتا ہے، ان کے درمیان بہاؤ کے راستے ہوتے ہیں۔
جب معیاری ہیٹر استعمال نہیں کیا جا سکتا
اگر ری ایکٹر کم واٹ کثافت کے لیے درکار سطح کے رقبے کو ایڈجسٹ نہیں کر سکتا، تو اختیارات یہ ہیں کہ واٹ کو کم کیا جائے، مختصر سروس لائف کو قبول کیا جائے، یا ہیٹنگ کا متبادل طریقہ استعمال کیا جائے۔ ایک بیرونی ہیٹ ایکسچینجر چپکنے والی خدمت کے لیے زیادہ موزوں ہو سکتا ہے کیونکہ یہ کم حجم میں زیادہ سطح کا رقبہ فراہم کر سکتا ہے۔
ایک سے زیادہ پاسز، کم واٹ کثافت، اور بہاؤ میں اضافہ کے ساتھ ایک حسب ضرورت PTFE وسرجن ہیٹر کی ترتیب کو ہائی وسکوسیٹی پولیمر سلوشنز کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ تصریح کے عمل کے لیے آپریٹنگ درجہ حرارت، برتن کے طول و عرض، مشتعل کی قسم اور رفتار، مطلوبہ واٹج، اور درجہ حرارت کی یکسانیت کی ضرورت ہوتی ہے۔
