繊維状スラリーを扱う PTFE 交換器に適したチューブ直径を選択するにはどうすればよいですか?

製紙工場や繊維産業は、長くて硬い糸状の繊維を大量に含んだ廃棄物の流れを送り出します。これを、細い 6 mm チューブを備えた従来の PTFE 熱交換器に通すと、高速かつ総合的で煩わしいプラグのレシピが得られます。ストランドがチューブの入口を超えて絡み合ったマットを形成し、熱伝達がクラッシュします。熱交換器の構築における最初の、そして最も重要なステップは、最悪の場合の繊維の塊が引っかかることなくまっすぐに通過できるように、十分な大きさのチューブを選択することです。-繊維状スラリーに適したチューブ径の PTFE 熱交換器を選択することは、信頼性が高く保守可能な冷却または加熱システムへの最初の、そして最も重要なステップです。

設計の論理: 流量を確保するために熱効率を犠牲にする
一般に小径が推奨される理由
PTFE チューブの主な熱的利点は、体積に対する表面積の比が大きいことであり、これは小さな直径で最もよく得られます。細いチューブ (たとえば、内径 4 ～ 6 mm) は、所定のシェル容積により多くの熱伝達領域を詰め込み、材料コストを削減し、低速での乱流を誘発します。クリーンな流体に最適な設計です。しかし、繊維状スラリーの場合、チューブが詰まった場合、この熱理論は当てはまりません。詰まったチューブは熱を伝えません。

黄金律: チューブの直径は繊維の長さよりも大きい
The engineer must select a tube with an inner diameter that is much greater than the longest fibres in the slurry. A good safe place to start is a 10mm or 12mm inner diameter (ID) tube. For very long fibres (e.g., >10 mm）直径 15 ～ 20 mm が必要な場合があります。これは明らかに、同じ熱負荷に対してより大きな熱交換器とより低いシェル側速度につながり、追加のバッフルまたはより高い総流量が必要になる可能性があります。トレードオフは明らかで、実際に動作するわずかに大きくて熱効率の低い熱交換器と、常にプラグが差し込まれている小型で熱効率の悪い熱交換器が必要になります。

熱の流れを維持するには、繊維の塊が広い高速道路に沿って移動できなければなりません。狭くて曲がりくねった水路は、詰まって使用できない導管になるだけです。大きな破片を除去するために上流にストレーナーまたはスクリーンがまだ必要ですが、チューブは通過する繊維を通過できなければなりません。

確実な動作のための技術的側面
チューブ側の速度
また、ファイバーがチューブの壁に沈んだり付着したりするのを防ぐために、チューブ側の速度を高く (通常は 2 m/s 以上) に保つ必要があります。低速では、重力によって水平チューブの底に繊維状物質が蓄積し、それによって流れを妨げる層が徐々に構築されます。より高い速度（最大 3～4 m/s、圧力降下によって制限される）により、ファイバーが浮遊状態に保たれ、交換器を介して一時的に蓄積したものを洗い流すのに役立ちます。-この速度要件はチューブ直径の選択にも影響します。これは、より大きなチューブでは同じ速度を生み出すためにより大きな流量が必要となり、これによりポンピングに必要な電力が増加する可能性があるためです。

チューブの配置とシェル-の側面
チューブ側の繊維状スラリーの場合、シェル側の設計では目詰まりの必要性は低くなりますが、洗浄のためのアクセスは依然として重要です。三角形のピッチではなく四角いチューブのレイアウトが選択されています。これは、チューブの列の間に遮るもののない真っ直ぐな通路があり、汚れがあった場合にシェル側を機械的に洗浄できるためです。しかし、依然としてチューブの直径が詰まりを防ぐ主な要因となります。構造がどれほど完璧であっても、チューブの口径が小さすぎる場合、シェル側のバッフルやクリーニングアクセスをいくら行ってもチューブの閉塞を防ぐことはできません。

その他のデザイン面
チューブ入口の形状: 入口の滑らかな半径またはフレアにより、ファイバーが鋭いエッジに引っかかるのを防ぎます。チューブはチューブシート面と面一であり、リップが突き出てはなりません。

Tube length: A shorter tube (e.g. 1-2 m) is easier to rod out if a blockage occurs. For very long tubes (>3m) 機械的な洗浄は現実的ではありません。

可逆性 熱交換器は、逆流によって一時的な詰まりを解消できるように、流れを逆転できるように（つまり、どちらの方向にも流れを取り込めるように）構築する必要があります。-。

選択のための実践的なガイドライン
最大繊維長推奨される最小チューブ内径通常の使用 < 3 mm 6 ～ 8 mm 上質紙パルプ、織物仕上げ
10 mm 3–6 mm 生物廃棄物、製紙産業からの通常の白水-
12 ～ 15 mm 6 ～ 10 mm 粗いパルプ、細断くず、時折の食品スラリー > 10 mm 15 ～ 20 mm または特注のラグ コンテンツ、長い合成繊維
数値は希釈スラリーの場合です（< 5% fibres by weight). Larger diameters and lower velocities are necessary at greater concentrations to avoid bridging.

避けられないトレードオフ: サイズと詰まり
チューブの直径は熱交換器のサイズとコストに直接影響します。単位長さあたりの表面積は直径に比例するため、特定の熱負荷で同じ表面積を得るには、内径 10 mm のチューブは内径 12 mm のチューブよりも約 44% 多いチューブ (または長いチューブ) が必要になります。これにはシェルの直径を大きくする必要があり、したがって材料費と製造費が増加します。ただし、プラグが差し込まれた交換器を清掃するための定期的なダウンタイムの費用は、ほとんどの場合、大型のプラグインできないタイプの初期資本プレミアムよりも高くなります。通常、穴のサイズは、固体{7}}対-戦闘において最も重要な設計面です。

結論: プラグとの戦いに勝つ
The simple bold decision of a large-bore tube wins the war against plugging in a PTFE exchanger handling a fibrous slurry. Tube inlet bridging avoided with inner diameter of 10 mm or more, sufficient tube-side velocity (>2 m/s) と上流での緊張。この代替案は、信頼性があり、保守可能で長寿命の熱伝達ソリューションですが、熱伝達効率がいくらか低下し、熱交換器のサイズが大きくなります。ソリッドの場合、穴のサイズが最も重要な設計要素となることがよくあります。