동적 스크래핑 표면 열교환기

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동적 스크래핑 표면 열 교환기(DSSHE)는 주로 식료품뿐만 아니라 다른 공산품에도 열을 제거하거나 가하는 데 사용되는 열 교환기의 일종이다. 그것들은 효율적인 열 전달을 방해하는 특정한 문제를 다루도록 설계되었다. DSSHE는 고점도 흐름의 경우 난류를 증가시키고 결정 및 기타 공정 부산물의 생성을 방지하여 효율을 향상시킨다. DSSHE는 열전달 벽에서 주기적으로 제품을 제거하는 내부 메커니즘을 통합한다. 옆면은 긁힌 표면의 손상을 방지하기 위해 단단한 플라스틱 재질로 만들어진 날개에 의해 긁힌다.

소개

간접 열전달 사용 튜브(쉘 앤 튜브 교환기) 또는 평판 표면(플레이트 교환기)에 가장 중요한 기술. 이들의 목표는 펌핑 전력 한계치 이하에서 가능한 한 많은 난류를 발생시켜 단위 면적당 최대 열량을 교환하는 것이다. 이를 달성하기 위한 일반적인 접근방식은 튜브나 플레이트를 골판지거나 핀으로 표면을 확장하는 것으로 구성된다. 단, 이러한 기하학적 순응 기술, 최적 질량 흐름의 계산 및 기타 난류 관련 인자는 파울링이 나타날 때 감소하여 설계자는 훨씬 더 큰 열 전달 영역을 의무적으로 장착해야 한다. 파울링에는 미립자 축적, 강수(결정화), 침전, 빙층 생성 등 여러 종류가 있다.

열전달에 어려움을 주는 또 다른 요인은 점성이다. 점성이 높은 유체는 깊은 층류 흐름을 발생시키는 경향이 있는데, 이는 상당한 펌핑 파워를 수반하는 열 전달 속도가 매우 불량하고 고압 손실이 발생하는 상태로, 종종 교환기 설계 한계를 초과한다. 비뉴턴 액체를 처리할 때 이 문제는 자주 악화된다.

동적 스크래핑 표면 열 교환기(DSSHE)는 위에서 언급한 문제에 직면하도록 설계되었다. 그것들은 열 전달을 증가시킨다: 파울링 층을 제거하고, 점도가 높은 흐름의 경우 난류를 증가시키며, 얼음과 다른 공정 부산물의 생성을 피한다.

기본설명

동적 스크래핑 표면 열 교환기는 열 전달 벽에서 주기적으로 제품을 제거하는 내부 메커니즘을 포함한다. 제품 옆면은 움직이는 샤프트나 프레임에 부착된 블레이드에 의해 스크래핑된다. 날개는 긁힌 표면의 손상을 방지하기 위해 단단한 플라스틱 재질로 만들어졌다. 이 물질은 식품의약품안전청이 승인한 것이다.

종류들

DSSHE에는 기본적으로 블레이드의 배치에 따라 세 가지 유형이 있다.

1. 회전 관형 DSSHE. 샤프트는 반드시 일치하지는 않지만 튜브 축과 평행하게 배치되며, 수십 rpm에서 1000 rpm 이상까지 다양한 주파수에서 회전한다. 날개의 수는 1에서 4 사이에서 진동하며 원심력을 이용하여 튜브의 내부 표면을 긁을 수 있다. 워케샤 체리-버렐 보토르 2세, 알파 라발 콘테름, 테레트 테를로템, 켈스트림의 스크래핑 표면 열교환기가 그 예다. 또 다른 예는 HRS 열교환기 R 시리즈 또는 Sakura Seisakusho Ltd. 재팬 온라이터.
2. 왕복, 관형 DSSHE. 샤프트는 튜브에 동심원이며 회전하지 않고 종방향으로 이동한다. 주파수는 분당 10~60번이다. 블레이드는 배플과 같은 배열에서 천공된 디스크 구성에 이르기까지 수와 모양이 다를 수 있다. 예를 들어 HRS 열 교환기 유니쿠스가 있다.
3. 회전, 접시 DSSHE. 날개는 껍질 안에 일렬로 배열된 원형 판의 외부 표면을 닦는다. 가열/냉각 액은 플레이트 안쪽으로 흐른다. 주파수는 약 수십 rpm이다. 예로는 HRS Spiratube T-Sensation이 있다.

평가하기

열 교환기 및 유사한 장비를 분석 및 평가하기 위한 표준 툴은 컴퓨터 유체 역학(CFD) 기법이다. 그러나 빠른 계산을 위해 DSSHE의 평가는 대개 버킹엄 π 정리에 기초한 특별(반미)해적 상관관계의 도움을 받아 수행된다.

Fa = Fa(Re, Re', n, ...)

압력 손실 및

Nu = Nu(Re, Re'), Pr, Fa, L/D, N, ...)

열전달의 경우, 여기서 Nu는 누셀트 번호, Re'는 튜브의 내경을 기준으로 한 표준 레이놀즈 번호, Re'는 와이퍼 작동 빈도를 기준으로 한 특정 레이놀즈 번호, Pr은 프란들 번호, Fa는 패닝 마찰 계수, L은 튜브의 길이, D는 튜브의 내경, n은 블레이드 수 및 블레이드 수입니다. 점들이 다른 관련 차원 없는 매개변수를 설명한다.

적용들

신청 범위는 식품, 화학, 석유화학, 제약 등 다양한 산업을 포함한다. DSSHE는 제품이 오염되거나, 매우 점성, 미립자, 열에 민감하거나 결정화되기 쉬운 경우에 적합하다.

참고 항목

• 펌핑 가능한 얼음 기술

참조

• Bott, T. R. (May 1966). Design of Scraped Surface Heat Exchangers. Vol. II, No.5. British Chemical Engineering. pp. 338–339.

• Bott, T. R. (November 2001). To Foul or not to Foul. CEP Magazine. pp. 30–37.

• Bott, T. R.; Romero, J. J. B. (October 1963). Heat Transfer Across a Scraped Surface. The Canadian Journal of Chemical Engineering. pp. 213–219.

• Chong, A. (2001). A Study of Scraped-Surface Heat Exchanger in Ice-Making Applications, M. Sc. Thesis. University of Toronto.

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• Tähti, T. (2004). Suspension Melt Crystallization in Tubular and Scraped Surface Heat Exchangers, Ph. D. Thesis. Martin-Luther-Universität.

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