Μια δεξαμενή χημικών μπορεί να περιέχει τον ίδιο όγκο υγρού αλλά να συμπεριφέρεται πολύ διαφορετικά από τη μια παρτίδα παραγωγής στην άλλη. Οι αλλαγές στη χημική συγκέντρωση μπορούν να αλλάξουν την πυκνότητα του υγρού, το ιξώδες, τη θερμοχωρητικότητα και την κυκλοφορία. Αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν άμεσα το πώς αPTFE θερμαντήρας εμβάπτισηςμεταφέρει θερμότητα στο μπάνιο.
Για τους μηχανικούς που διαστασιολογούν τον εξοπλισμό θέρμανσης, η πυκνότητα του υγρού θα πρέπει επομένως να λαμβάνεται υπόψη μαζί με τη συγκέντρωση και τις θερμικές ιδιότητες αντί να αντιμετωπίζεται ως μεμονωμένη προδιαγραφή.
Η πυκνότητα αλλάζει την πραγματική μάζα που θερμαίνεται
Η χωρητικότητα της δεξαμενής εκφράζεται συνήθως σε λίτρα ή κυβικά μέτρα, ενώ οι υπολογισμοί θέρμανσης εξαρτώνται από τη μάζα.
Η βασική σχέση είναι:
m = ρV
όπουmείναι υγρή μάζα,ρείναι η πυκνότητα καιVείναι όγκος υγρού.
Για παράδειγμα, μια δεξαμενή 1.000 L που περιέχει ένα διάλυμα με πυκνότητα 1,20 kg/L περιέχει περίπου 1.200 kg υγρού.
Εάν η ίδια δεξαμενή περιέχει διάλυμα χαμηλότερης-πυκνότητας 1,00 kg/L, η μάζα του υγρού είναι μόνο περίπου 1.000 kg.
Αυτή η διαφορά επηρεάζει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας του μπάνιου.
Για λογική θέρμανση:
Q=mcΔT
Επομένως, δύο υγρά που καταλαμβάνουν τον ίδιο όγκο δεξαμενής μπορεί να απαιτούν διαφορετική ενέργεια θέρμανσης όταν διαφέρουν οι πυκνότητες και οι ειδικές θερμοχωρητικότητες τους.
Η πυκνότητα από μόνη της δεν καθορίζει τη μεταφορά θερμότητας
Μια κοινή μηχανική παρεξήγηση είναι η υπόθεση ότι η υψηλότερη πυκνότητα σημαίνει αυτόματα φτωχότερη ή καλύτερη μεταφορά θερμότητας.
Η πυκνότητα είναι μόνο ένα μέρος της εικόνας ιδιότητας του υγρού-.
Η μεταφορά θερμότητας γύρω από έναν θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE επηρεάζεται επίσης από το ιξώδες, την ειδική θερμοχωρητικότητα, τη θερμική αγωγιμότητα, την ταχύτητα του υγρού, τη γεωμετρία του θερμαντήρα και τη διαφορά θερμοκρασίας.
Μια απλοποιημένη σχέση είναι:
Ε=hAΔT
Εδώ,hαντιπροσωπεύει τον πραγματικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας-καιAαντιπροσωπεύει την ενεργή περιοχή θέρμανσης.
Η πυκνότητα μπορεί να επηρεάσει τη συμπεριφορά του υγρού, αλλά δεν παρέχει άμεσα την τιμή τουh. Η κίνηση του υγρού και το ιξώδες μπορεί να είναι εξίσου σημαντικά.
Οι συμπυκνωμένες λύσεις μπορούν να αλλάξουν πολλές ιδιότητες μαζί
Σε πολλές χημικές διεργασίες, η πυκνότητα αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση διαλυμένων χημικών. Ταυτόχρονα, το ιξώδες και η ειδική θερμοχωρητικότητα μπορεί να αλλάξουν.
Αυτό δημιουργεί ένα συνδυασμένο σχεδιαστικό αποτέλεσμα.
Ένα συμπυκνωμένο διάλυμα μπορεί να περιέχει περισσότερη μάζα ανά μονάδα όγκου, αυξάνοντας το αισθητό-φορτίο θέρμανσης. Εάν αυξηθεί επίσης το ιξώδες, η κυκλοφορία γύρω από τη θερμάστρα μπορεί να γίνει λιγότερο αποτελεσματική.
Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι μια διαδικασία όπου η ίδια ονομαστική ισχύς θερμαντήρα παράγει διαφορετική απόκριση θερμοκρασίας μετά τις αλλαγές της χημικής συγκέντρωσης.
Για το λόγο αυτό, οι υπολογισμοί θέρμανσης που βασίζονται μόνο στον όγκο της δεξαμενής μπορεί να είναι ανακριβείς για συμπυκνωμένα χημικά διαλύματα.
Γιατί η επιφάνεια του θερμαντήρα εξακολουθεί να έχει σημασία
Ας υποθέσουμε ότι μια διαδικασία απαιτεί 12 kW θερμικής ισχύος.
Ένας συμπαγής θερμαντήρας με μικρή ενεργή περιοχή και ένας μεγαλύτερος θερμαντήρας με μεγαλύτερη ενεργή περιοχή μπορούν να παρέχουν ηλεκτρικά 12 kW. Ωστόσο, η μέση επιφανειακή τους ροή θερμότητας θα διαφέρει.
Ο απλοποιημένος υπολογισμός είναι:
q = P/A
όπουqείναι η μέση ροή θερμότητας.
Εξετάστε δύο ενδεικτικές διαμορφώσεις:
| Διάταξη θερμαντήρα | Εξουσία | Ενεργός χώρος θέρμανσης | Μέση ροή θερμότητας |
|---|---|---|---|
| Συμπαγής διαμόρφωση | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Κατανεμημένη διαμόρφωση | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Αυτές οι τιμές είναι ενδεικτικές και δεν αντιπροσωπεύουν καθολικά όρια λειτουργίας PTFE.
Η κατανεμημένη διάταξη μπορεί να παρέχει χαμηλότερη μέση επιφανειακή ροή θερμότητας, αλλά η πραγματική απόδοση εξακολουθεί να εξαρτάται από την κυκλοφορία, τη γεωμετρία εγκατάστασης, τη χημεία του μπάνιου και την κατασκευή του θερμαντήρα.
Η κίνηση του υγρού μπορεί να γίνει ο περιοριστικός παράγοντας
Όταν ένα πυκνό ή παχύρρευστο χημικό διάλυμα κινείται αργά, η θερμότητα μπορεί να συσσωρευτεί γύρω από την επιφάνεια του θερμαντήρα πιο γρήγορα από ό,τι μεταφέρεται στο περιβάλλον λουτρό.
Αυτό μπορεί να δημιουργήσει μια τοπική διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του υγρού που βρίσκεται ακριβώς γύρω από τη θερμάστρα και του διαλύματος χύδην.
Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας δεξαμενής μπορεί να αναφέρει ακόμα την επιθυμητή μέση θερμοκρασία ενώ η επιφάνεια του θερμαντήρα αντιμετωπίζει ουσιαστικά διαφορετικές συνθήκες.
Επομένως, η μηχανική ανάδευση, η κυκλοφορία της αντλίας, η απόσταση του θερμαντήρα και η θέση εγκατάστασης θα πρέπει να αξιολογούνται μαζί.
Για μεγάλες δεξαμενές χημικών, η διανομή των ζωνών θέρμανσης μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αποφυγή συγκέντρωσης του θερμικού φορτίου σε μία περιοχή.
Η πυκνότητα πρέπει να περιλαμβάνεται στους υπολογισμούς χρόνου θέρμανσης-
Εξετάστε ένα ενδεικτικό χημικό διάλυμα 1.500 L με πυκνότητα 1,15 kg/L. Η κατά προσέγγιση υγρή μάζα είναι:
μ=1.15 × 1,500=1,725 κιλά
Εάν η ειδική θερμοχωρητικότητα υποτεθεί ότι είναι 3,2 kJ/(kg·K) και η απαιτούμενη αύξηση θερμοκρασίας είναι 30 μοίρες:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
Αυτό ισοδυναμεί περίπου με 46 kWh αισθητής ενέργειας θέρμανσης.
Ένας θερμαντήρας 20 kW θα απαιτούσε θεωρητικά περίπου 2,3 ώρες υπό ιδανικές συνθήκες. Ο πραγματικός χρόνος θέρμανσης θα ήταν μεγαλύτερος επειδή τα τοιχώματα της δεξαμενής, οι σωληνώσεις, τα τεμάχια εργασίας, η εξάτμιση και οι περιβαλλοντικές απώλειες θερμότητας καταναλώνουν επίσης ενέργεια.
Ο υπολογισμός δείχνει γιατί η πυκνότητα και η ειδική θερμοχωρητικότητα πρέπει να συμπεριλαμβάνονται κατά την εκτίμηση της θερμικής ικανότητας.
Ποια δεδομένα πρέπει να παρέχονται για την επιλογή θερμαντήρα;
Για μια χημική διεργασία χρησιμοποιώντας αPTFE θερμαντήρας εμβάπτισης, χρήσιμες πληροφορίες υγρών περιλαμβάνουν:
Υγρή πυκνότητα ή ειδικό βάρος
Χημική συγκέντρωση
Ειδική θερμοχωρητικότητα
Ιξώδες
Θερμική αγωγιμότητα όταν είναι διαθέσιμη
Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας
Απαιτούμενος ρυθμός θέρμανσης
Μέθοδος κυκλοφορίας ή ανάδευσης
Κανονική και ελάχιστη στάθμη υγρού
Διαστάσεις δεξαμενής
Επομένως, η πυκνότητα αντιμετωπίζεται καλύτερα ως μέρος ενός ευρύτερου θερμικού-προφίλ ιδιότητας.
Όταν η πυκνότητα αλλάζει σημαντικά με τη χημική συγκέντρωση, το μέγεθος του θερμαντήρα θα πρέπει να ελέγχεται σε όλο το πραγματικό εύρος λειτουργίας και όχι σε μια μεμονωμένη ονομαστική συνθήκη. Ο συνδυασμός των ιδιοτήτων του υγρού με την επιφάνεια θέρμανσης, την κατανομή ισχύος, την κυκλοφορία και τη γεωμετρία της δεξαμενής παρέχει μια πιο αξιόπιστη βάση για την επιλογή θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE και τον προσαρμοσμένο βιομηχανικό σχεδιασμό.
