Un impianto di trattamento delle acque reflue per la finitura dei metalli ha sostituito un riscaldatore a immersione in PTFE da 6 kW dopo soli cinque mesi. Il riscaldatore era stato installato in un serbatoio di equalizzazione da 15.000- litri che riceveva l'acqua di risciacquo dalle linee di placcatura, fosfatazione e anodizzazione. Il serbatoio conteneva il 3-5% di solidi sospesi: idrossidi metallici, precipitati di fosfato di calcio e sabbia di riporto. La superficie del riscaldatore mostrava uno strato di deposito spesso e irregolare con particolato incorporato. La resistenza di isolamento era scesa sotto i 20 MΩ.
Le acque reflue- ad alto contenuto di solidi sono fondamentalmente diverse dai bagni galvanici puliti. Il fluido non è una soluzione-è una sospensione. Le particelle solide si depositano, si depositano e si accumulano sulle superfici riscaldate. Le esigenze termiche e meccaniche di un riscaldatore a immersione in PTFE in questo ambiente richiedono un approccio progettuale che tenga conto della concentrazione dei solidi, della distribuzione delle dimensioni delle particelle, della velocità di sedimentazione e del metodo di pulizia disponibile presso l'impianto.
Perché i solidi sospesi modificano l'equazione del trasferimento di calore
Le particelle sospese influenzano il trasferimento di calore in due modi. In primo luogo, aumentano la viscosità effettiva del fluido, ispessendo lo strato limite termico sulla superficie del riscaldatore. In secondo luogo, si depositano direttamente sul riscaldatore, formando uno strato poroso e irregolare che aggiunge resistenza termica e crea punti caldi localizzati sotto i depositi più spessi.
Il tasso di deposizione dipende dalla concentrazione delle particelle, dalla velocità del flusso nel riscaldatore e dalla differenza di temperatura tra il riscaldatore e il fluido sfuso. L'elevata temperatura superficiale del riscaldatore aumenta la deposizione favorendo la precipitazione delle specie disciolte e facendo aderire più fortemente le particelle alla superficie calda.
| Concentrazione di solidi sospesi | Viscosità relativa | Tasso di deposizione sul riscaldatore | Tempo su scala 2 mm | Densità di Watt sicura |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | Molto basso | >12 mesi | 1,5–2,0 W/cm² |
| 0,5–1,0% (solidi leggeri) | 1.1–1.3× | Basso | 6-10 mesi | 1,2–1,4 W/cm² |
| 2–3% (solidi moderati) | 1.3–1.8× | Moderare | 3–5 mesi | 0,9–1,1 W/cm² |
| 4–6% (solidi pesanti) | 1.8–2.5× | Alto | 6-10 settimane | 0,6–0,8 W/cm² |
Tassi di deposizione dai serbatoi di trattamento delle acque reflue che ricevono acqua di risciacquo mista per placcatura e fosfatazione
Montaggio verticale e orizzontale nel servizio ad alto contenuto di solidi-
L'orientamento del riscaldatore determina se i solidi si depositano sulla superficie o scivolano via. Un riscaldatore montato orizzontalmente presenta un'ampia superficie-rivolta verso l'alto dove le particelle si accumulano per gravità. Lo strato di deposito cresce dall'alto verso il basso e l'accumulo più spesso si verifica sulla superficie superiore dove il flusso è più debole.
Un riscaldatore montato verticalmente presenta una sezione trasversale-orizzontale più piccola. I solidi che si depositano sulla parte superiore della flangia o sugli elementi di supporto orizzontali non ricoprono l'intera superficie riscaldata. La superficie del riscaldatore verticale è soggetta principalmente a deposizione guidata dal taglio-piuttosto che alla sedimentazione per gravità. I dati sul campo provenienti dai serbatoi delle acque reflue mostrano che i riscaldatori montati verticalmente accumulano il 40-60% in meno di depositi nello stesso periodo di funzionamento rispetto alle unità orizzontali.
| Orientamento di montaggio | Accumulo di depositi | Frequenza di pulizia | Migliore applicazione |
|---|---|---|---|
| Orizzontale, rivolto verso l'alto- | Alto | Frequente | Non raccomandato |
| Orizzontale, rivolto verso il basso- | Moderare | Moderare | Spazio limitato |
| Verticale, parallelo al flusso | Basso | Infrequente | La maggior parte delle applicazioni |
| Verticale, perpendicolare al flusso | Moderare | Moderare | Serbatoi ad alto-flusso |
Orientamento di montaggio e suo effetto sull'accumulo di depositi
Finitura superficiale ed effetti della geometria del riscaldatore
Una superficie liscia e lucidata in PTFE riduce la forza di adesione dei solidi depositati. Le particelle che si legherebbero tenacemente ad una superficie ruvida scivolano via più facilmente quando la velocità del flusso aumenta durante i cicli di miscelazione o pulizia del serbatoio. Le superfici lucidate prolungano l'intervallo di pulizia del 30–50% in servizio ad alto contenuto di solidi-rispetto alle finiture superficiali standard.
Anche il diametro del riscaldatore è importante. Una guaina di-diametro maggiore ha un rapporto tra superficie-area-e-volume inferiore, che riduce la superficie totale disponibile per la deposizione per unità di potenza erogata. Ma un diametro maggiore significa anche una minore superficie per una data lunghezza, richiedendo un riscaldatore più lungo o una densità di watt più elevata per ottenere la stessa potenza.
Strategie di agitazione e pulizia per serbatoi-carichi di solidi
La miscelazione intermittente ad alta velocità- è più efficace dell'agitazione continua a basso-livello per servizi ad alto-solido. Aumentando periodicamente la velocità del flusso nel riscaldatore a 0,5–0,8 m/s si eliminano i depositi sciolti prima che si induriscano in uno strato tenace. Ciò può essere ottenuto con un eduttore controllato da timer-o una pompa di miscelazione dedicata che si attiva per 5-10 minuti ogni ora.
La pulizia chimica in atto richiede una soluzione detergente che dissolva la specifica composizione del deposito. Le scaglie di idrossido metallico rispondono all'acido diluito. I depositi di fosfato di calcio richiedono un agente chelante o un ammollo acido delicato. Un programma di pulizia basato sui risultati dell'ispezione-non su un calendario fisso-impedisce ai depositi di raggiungere spessori che portano la temperatura della superficie del riscaldatore nell'intervallo di degradazione.
| Metodo di pulizia | Efficacia sugli idrossidi metallici | Efficacia sulle incrostazioni di fosfato | Rischio per il PTFE | Intervallo consigliato |
|---|---|---|---|---|
| Circolazione di HCl diluito | Alto | Moderare | Basso | 4–8 settimane |
| Imbevuto di acido solfammico | Moderare | Alto | Basso | 6-10 settimane |
| Chelazione con EDTA | Moderare | Alto | Basso | 8-12 settimane |
| Getto d'acqua ad alta-pressione | Alto | Moderare | Moderare | 8-12 settimane |
| Spazzolatura meccanica | Alto | Alto | Alto | Non raccomandato |
Raccomandazioni sui metodi di pulizia provenienti da impianti di trattamento delle acque reflue con riscaldatori a immersione in PTFE
Passaggi pratici per specificare le acque reflue-ad alto contenuto di solidi
Iniziare con una caratterizzazione dei solidi. La concentrazione totale dei solidi sospesi, la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la composizione minerale determinano il tasso di deposizione e il metodo di pulizia richiesto. Una semplice analisi gravimetrica e un esame della chimica del processo a monte forniscono la maggior parte delle informazioni necessarie.
Selezionare la densità in watt dalla concentrazione effettiva dei solidi. Per il 2–3% di solidi sospesi è appropriato un limite di 0,9–1,1 W/cm². Oltre il 4% di solidi, declassare a 0,6–0,8 W/cm². Questi valori presuppongono il montaggio verticale e il mescolamento periodico ad alta velocità. Il montaggio orizzontale richiede un'ulteriore riduzione del 20–30%.
Specificare una superficie del riscaldatore lucida. Il costo aggiuntivo è modesto e il prolungamento dell'intervallo di pulizia è sostanziale. Verificare che il serbatoio abbia una profondità adeguata per il montaggio verticale con almeno 75 mm di copertura di liquido sopra la sezione riscaldata. Se la profondità non è sufficiente, prendere in considerazione più riscaldatori più corti anziché una singola unità lunga.
Installa il monitoraggio del flusso e un'interruzione-per la temperatura elevata. Nel servizio ad alto contenuto di solidi-, un filtro intasato o una pompa di miscelazione guasta possono far scendere la velocità del flusso al di sotto della soglia di sicurezza in poche ore. Un flussostato e un limite della temperatura superficiale del riscaldatore di 15–20 gradi sopra la normale temperatura operativa forniscono protezione contro il rapido surriscaldamento che segue la perdita di flusso.
Quando i riscaldatori standard non possono accogliere il carico di solidi
I serbatoi di trattamento delle acque reflue con elevate concentrazioni di solidi e spazio periferico limitato spesso non possono ospitare riscaldatori ad immersione in PTFE standard con densità di watt che impediscono un rapido intasamento. Un servizio da 6 kW a 0,8 W/cm² richiede 7.500 cm² di superficie del riscaldatore-più di quanto fornisce un singolo riscaldatore entro le dimensioni tipiche del serbatoio.
Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con un'ampia superficie, una bassa densità di watt e una superficie lucida affronta la causa principale delle incrostazioni legate ai solidi-. Il processo di specifica richiede la concentrazione di solidi sospesi, le caratteristiche delle particelle, le dimensioni del serbatoio, il metodo di miscelazione e la potenza richiesta. Per le strutture con più serbatoi di trattamento delle acque reflue, questo approccio specifico per l'applicazione riduce il surriscaldamento correlato ai depositi e prolunga l'intervallo tra le pulizie richieste.
