Għal Titanium Heater li jsaħħan Soluzzjoni taz-Zokkor jagħli, Għaliex il-Fluss Massimu tas-Sħana Huwa Limitat mill-Punt ta 'Ħruq, Mhux ir-Rata ta' Korrużjoni?

Għal inġinier tal-proċess li juża heater ta 'immersjoni tat-titanju f'soluzzjoni taz-zokkor jagħli (sukrożju jew ġulepp tal-glukożju), l-akbar fluss ta' sħana li jista 'jinkiseb huwa limitat mill-punt ta' burnout (fluss ta 'sħana kritiku, CHF) u mhux mir-rata ta' korrużjoni tat-titanju. Is-soluzzjonijiet taz-zokkor huma viskużi ħafna, għandhom tensjoni tal-wiċċ għolja u għandhom it-tendenza li jikkaramelizzaw f'temperaturi ogħla. Is-CHF għal heater tat-titanju f'soluzzjoni taz-zokkor jagħli (40-60 grad Brix) huwa tipikament 30-50% inqas minn fl-ilma - madwar 6-10 W/cm2 meta mqabbel ma' 12-15 W/cm2 għall-ilma. Fuq dan is-CHF, isseħħ it-togħlija tal-film u jiġi ffurmat saff stabbli tal-fwar fil-wiċċ tal-heater. Is-saff tal-fwar jiżolla l-heater, u t-temperatura tal-wiċċ titla 'malajr (għal 200-300 grad) u tikkaramelizza, tikkaramelizza u tinħaraq. Ir-rata ta 'korrużjoni tat-titanju f'soluzzjonijiet taz-zokkor hija baxxa ħafna (< 0.01 mm/year) even at high temperature. This is because sugar solutions are neutral (pH 5-7) and non-corrosive. The limiting factor is thermal, not chemical.

Kif Is-Soluzzjonijiet taz-Zokkor jinħarqu
Il-fluss tas-sħana kritika (CHF) huwa l-fluss tas-sħana massimu li fih isseħħ it-tranżizzjoni mit-togħlija nukleata għat-togħlija tal-film. Fit-togħlija nukleata, il-bżieżaq jinnukleaw fit-tikek, jisseparaw u jitilgħu. Id-distakk tal-bużżieqa huwa mrażżan mill-viskożità għolja (10-100 × ilma) u t-tensjoni tal-wiċċ (1.2-1.5 × ilma) tas-soluzzjonijiet taz-zokkor. Il-bżieżaq huma akbar u jibqgħu itwal fil-wiċċ, u jħeġġu l-koalescence bikrija f'film tal-fwar. Il-film tal-fwar jistabbilizza u t-temperatura tal-wiċċ titla 'bi fluss tas-sħana aktar baxx milli fl-ilma. It-temperatura għolja tikkawża li z-zokkor jikkaramelizza (aktar minn 160 grad) li jiġġenera kisi karboniku iżolanti qawwi. Id-depożitu jkompli jiżola l-wiċċ, u jogħla t-temperatura għal> 300 grad fejn it-titanju jossidizza u l-heater jinħaraq. Ir-rata ta 'korrużjoni tat-titanju f'soluzzjonijiet taz-zokkor (pH 5-7, 100-120 grad) hija inqas minn 0.01 mm/sena u ħajt ta' 1.5 mm idum> 150 sena mill-korrużjoni biss.

Kejl tar-Riskju ta 'CHF u Burnout f'Soluzzjonijiet taz-Zokkor kontra l-Ilma
Konċentrazzjoni tal-fluwidu (Brix)Vikożità @ 100ºC (cP) CHF (W/cm2) Ti lixx CHF (W/cm2) Limitu ta' Burnout Rakkomandat Max. Fluss Operattiv (W/cm2)
Ilma 0 0.28 12-15 15-18 CHF 8-10
Soluzzjoni taz-zokkor 20 1.5 10-12 12-15 CHF 6-8
40 15 7-9 9-11 Ikkaramelizza 4-6
Soluzzjoni taz-zokkor 60 80 4-6 6-8 Karamelizzazzjoni 3-4
Soluzzjoni taz-zokkor 70 (konċentrata) 200 2-3 3-4 Karamelizzazzjoni 1.5-2 Depożitu karamelizzat (wara l-ħruq) N/AN/A < 1 N/A Depożitu M/A
Tisħin tas-Soluzzjoni taz-Zokkor: Gwida Ibbażata fuq Xenarju
Konċentrazzjoni ta' Grad tas-Soluzzjoni taz-Zokkor BrixTemperatura Operattiva (C)Fluss tas-Sħana Massima Suġġerit (W/ċm2) Rata ta' Korrużjoni tat-Titanju Mistennija (mm/sena)Fattur ta' Limitazzjoni
20 100 6-8 < 0.005 CHF (burn-out)
40 105 4-6 < 0.005 Karamelizzazzjoni 50 110 3-4 < 0.005 Karamelizzazzjoni 60 115 2-3 < 0.005 Karamelizzazzjoni 70 120 1.5-2 < 0.005 Viskożità (fluss meħtieġ)
Zokkor iddilwa (< 20° Brix) 100 8-10 < 0,005 CHF (as water)
Kwalunkwe konċentrazzjoni ta' ċirkolazzjoni sfurzata. Kwalunkwe 2× 'l fuq mill-valuri < 0.005 Il-fluss jogħla CHF
Mitigazzjonijiet tal-Inġinerija biex Titjieb is-CHF f'Soluzzjonijiet taz-Zokkor
Three mitigations increasing CHF for heating of sugar solution when higher heat flow is necessary. The first mitigation is through forced circulation (pumping) over the heater surface. An increase in flow velocity from 0.5 to 1.0 m/s increases CHF by 50 to 100%. It sweeps away bubbles before they cluster. In a 40° Brix sugar solution forced circulation enhances CHF from 6 W/cm² to 10-12 W/cm². The second mitigation is the roughened heating surface. The density of nucleation sites is increased by sandblasting or milling the grooves, which promotes bubble separation and retards film boiling. The roughened titanium surface (Ra 2–3 µm) is used for enhanced CHF in sugar solutions (20–30 %). The third mitigation is a polished surface (Ra < 0.2 µm) for sugar at high concentration (>60 grad Brix). Wiċċ lixx inaqqas l-aderenza tad-depożiti karamelizzati, li jippermetti lill-heater jaħdem b'fluss ta 'sħana ogħla qabel id-depożizzjoni tad-depożiti twassal għal sħana żejda.

Konklużjoni: Burnout (CHF) Illimita l-Fluss tas-Sħana, Mhux ir-Rata ta' Korrużjoni f'Soluzzjonijiet taz-Zokkor
Il-fluss tas-sħana massimu għal heater tat-titanju waqt it-tisħin ta 'soluzzjoni taz-zokkor jagħli huwa limitat mill-punt ta' burnout (fluss ta 'sħana kritiku) u mhux mir-rata ta' korrużjoni tat-titanju. Is-soluzzjonijiet taz-zokkor mhumiex-korrużivi għat-titanju (pH 5-7, rata ta' korrużjoni < 0.01 mm/sena) u jistgħu jirriżultaw f'ħajja ta' servizz ta' > 100 sena minħabba l-korrużjoni biss. Madankollu, il-viskożità għolja u t-tensjoni tal-wiċċ tas-soluzzjonijiet taz-zokkor tnaqqas is-CHF għal 4-10 W/cm² (skond il-konċentrazzjoni) kontra 12-15 W/cm² għall-ilma. Operazzjoni 'l fuq mill-CHF tirriżulta fit-togħlija tal-film, żieda fit-temperatura tal-wiċċ għal 200-300 grad, karamelizzazzjoni, charring u burnout. Għal soluzzjonijiet taz-zokkor ta '40-60 grad Brix, il-fluss tas-sħana massimu rakkomandat għat-togħlija atmosferika huwa 3-6 W/cm^2. Meta jkun hemm bżonn ta 'fluss ta' sħana miżjuda, uċuħ ħarxa jew illustrati jistgħu jagħtu spinta lil CHF b'20-100% b'ċirkolazzjoni sfurzata. Pereżempju, meta tuża heater tat-titanju fis-servizz tas-soluzzjoni taz-zokkor, il-fornitur jeħtieġ li jkun jaf il-konċentrazzjoni tas-soluzzjoni, il-kundizzjonijiet tal-fluss imbassra, u d-densità tal-qawwa meħtieġa sabiex ibassar il-CHF u jagħżel it-trattament tal-wiċċ biex jipprevjeni l-ħruq.