Trocador de calor de casco e tubo de carbeto de silício

Os trocadores de calor de casco e tubo de carbeto de silício resistentes à corrosão são projetados para resfriamento, condensação, aquecimento e evaporação de produtos químicos altamente corrosivos. Construídos com tubos de carbeto de silício diretamente sinterizados e vedados em cabeçotes F4 revestidos com PFA/FFKM ou cabeçotes de aço, esses trocadores de calor apresentam resistência superior à corrosão.

A TEMA classifica os trocadores de calor de acordo com suas configurações de cabeçote e casco estacionários na parte frontal. Eles podem operar com fluxo paralelo ou contrafluxo.

Vantagens

Um trocador de calor de casco e tubo consiste em tubos de carbeto de silício encerrados em um casco revestido de aço inoxidável ou PFA, em que um fluido circula pelos tubos enquanto o outro flui sobre eles e pelo próprio casco, com transferência de calor por condução de um fluido para o outro. As aplicações adequadas para esse tipo de trocador incluem processos de resfriamento, condensação e aquecimento, bem como aplicações de absorção ou evaporação.

O carbeto de silício possui excelente resistência à corrosão, resistindo bem a ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácidos mistos, ácido fluorídrico e álcalis fortes. Dessa forma, ele é um excelente substituto para o grafite em ambientes altamente corrosivos. Além disso, o carbeto de silício diretamente sinterizado (SSiC) pode ser facilmente soldado, em comparação com o SiSiC, que contém sílica livre que pode ser atacada por soluções químicas e eliminada de um trocador de calor por meio de ataques químicos à sílica livre presente em um sic de silício infiltrado (SiSiC).

Os trocadores de calor do tipo casco e tubo são mais compactos do que os trocadores de calor do tipo placa e oferecem a vantagem de serem facilmente abertos para inspeção sem necessidade de desmontagem. Os trocadores de calor do tipo SR da GAB Neumann apresentam um sistema de defletores com suporte de munhão, que permite o acesso para limpeza em ambas as extremidades, proporcionando fácil acesso para manutenção em qualquer uma delas.

Aplicativos

O carbeto de silício oferece muitas aplicações em ambientes industriais e é uma alternativa econômica aos materiais de transferência de calor mais convencionais. Com resistência superior à corrosão e condutividade térmica, o carbeto de silício proporciona uma vida útil mais longa com custos de manutenção reduzidos e maior eficiência energética.

Os trocadores de calor com esse projeto consistem em um feixe fechado de tubos preenchidos com um fluido que passa por eles enquanto outro passa por cima, mantendo seus caminhos separados sem contato direto entre os fluidos. A turbulência gerada pelos defletores de fluxo na carcaça e pelos turbuladores internos nos tubos ajuda a melhorar o desempenho, eliminando quaisquer pontos mortos em seus processos.

Os tubos cerâmicos apresentam estruturas rígidas que resistem naturalmente à incrustação, aumentando o tempo entre os ciclos de limpeza e diminuindo o tempo de inatividade. Além disso, a excelente condutividade térmica e o baixo CTE do SiC fazem dele uma excelente opção de material para aplicações que envolvem rápidas flutuações de temperatura.

Os trocadores de calor Umax apresentam um projeto sanitário que simplifica a limpeza e o reparo sem perturbar outros tubos em sua montagem ou ter que retirar peças. Isso reduz significativamente o tempo de inatividade e os custos, deixando uma superfície inerentemente resistente a incrustações, lavada sob pressão ou limpa quimicamente sem danos; aumentando ainda mais a confiabilidade com vedações de anel O-ring duplo aplicadas simultaneamente nas chapas do tubo e na contraplaca secundária.

Design

Os trocadores de calor de carcaça e tubo de carbeto de silício transferem calor entre fluidos quentes e fluidos frios usando tubos envoltos em uma carcaça cilíndrica de aço. Um requisito fundamental desses trocadores de calor é sua capacidade de lidar com grandes variações de temperatura e altos níveis de pressão; os defletores ajudam a gerenciar o fluxo, enquanto os turbuladores internos garantem uma turbulência uniforme no lado do tubo para aumentar a eficiência da transferência de calor e, ao mesmo tempo, diminuir os problemas de incrustação.

A resistência à corrosão é um componente integral do projeto do trocador de calor de casco e tubo de carbeto de silício, e essas unidades podem ser vistas com frequência integradas a processos químicos ou farmacêuticos que usam substâncias altamente corrosivas. Para manter intacta sua capacidade de lidar com diversos produtos químicos, o revestimento de F4 ou PFA é frequentemente empregado nos tubos e na carcaça.

As estruturas rígidas dos tubos cerâmicos de SiC os tornam inerentemente resistentes à incrustação em comparação com outros materiais comumente usados em aplicações de transferência de calor, o que aumenta significativamente o tempo operacional entre as paradas para manutenção e leva a uma maior produtividade. Além disso, esse tipo de cerâmica apresenta alta condutividade térmica, baixos valores de CTE e resistência excepcional, o que a torna praticamente imune a choques térmicos.

Instalação

O projeto de um trocador de calor de casco e tubo de carbeto de silício é fortemente determinado pelas condições do processo, portanto, a seleção de um tipo e tamanho de dispositivo adequado depende muito de fatores como taxa de fluxo, faixa de temperatura, faixas de pressão/temperatura de projeto, compatibilidade de material/questões de incrustação, além de várias outras considerações. A TEMA também regulamenta o projeto de sua estrutura por meio de identificações/classificações específicas de vários tipos de trocadores de calor casco e tubo.

Os aparelhos térmicos normalmente são compostos por um invólucro com uma tampa de canal equipada com defletores. O interior desse canal é revestido por uma folha de tubo, sobre a qual estão localizados os tubos. Cada folha de tubo apresenta seu próprio assento de retenção equipado com assentos coaxiais circulares projetados para acomodar as partes finais dos tubos de carbeto de silício.

Os tubos de carbeto de silício são vedados com O-rings de perfluoro elastômero (PFKM) pressionados simultaneamente em ambas as placas de tubo, criando uma vedação dupla para proteger o trocador de calor de produtos químicos agressivos, bem como de altas temperaturas e pressões. A linha de trocadores de calor de casco e tubo SR e de bloco SE da Corresic oferece amplas soluções para processos industriais altamente corrosivos ou abrasivos, incluindo a diluição de concentrações concentradas de ácido sulfúrico.