Μια δεξαμενή χημικών μπορεί να έχει επαρκή ισχύ θερμαντήρα και εξακολουθεί να δυσκολεύεται να φτάσει σε μια ομοιόμορφη θερμοκρασία διεργασίας. Ένας κοινός λόγος είναι η ανεπαρκής κυκλοφορία υγρού γύρω από τοPTFE θερμαντήρας εμβάπτισης.
Όταν το θερμαινόμενο υγρό παραμένει κοντά στην επιφάνεια του θερμαντήρα αντί να κινείται μέσα από τη δεξαμενή, αναπτύσσονται διαβαθμίσεις θερμοκρασίας. Ο ελεγκτής μπορεί να αναφέρει τη θερμοκρασία στόχο, ενώ ψυχρότερες περιοχές παραμένουν αλλού στη δεξαμενή διεργασίας.
Για χημικό εξοπλισμό, η επιλογή θερμαντήρα και η κίνηση του υγρού θα πρέπει επομένως να αντιμετωπίζονται ως ένα πρόβλημα θερμικής-σχεδιασμού.
Η θερμότητα πρέπει να απομακρυνθεί από τη θερμάστρα
Ένας θερμαντήρας εμβάπτισης μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική ενέργεια στην ενεργή του επιφάνεια. Το περιβάλλον υγρό πρέπει στη συνέχεια να μεταφέρει αυτή τη θερμότητα μακριά.
Μια απλοποιημένη σχέση μεταφοράς θερμότητας-είναι:
Ε=hAΔT
όπουQμεταφέρεται θερμότητα,hείναι ο πραγματικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας-Aθερμαίνει την επιφάνεια καιΔTείναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμαντικής επιφάνειας και του περιβάλλοντος υγρού.
Η κυκλοφορία του υγρού επηρεάζειh. Όταν η ροή γύρω από τον θερμαντήρα είναι ασθενής, το θερμικό οριακό στρώμα μπορεί να γίνει παχύτερο και η μεταφορά θερμότητας μπορεί να γίνει λιγότερο αποτελεσματική.
Ο θερμαντήρας μπορεί να εξακολουθεί να καταναλώνει την αναμενόμενη ηλεκτρική ισχύ, αλλά η κατανομή της θερμοκρασίας μέσα στη δεξαμενή μπορεί να γίνει άνιση.
Η φυσική μεταφορά δεν είναι πάντα αρκετή
Όταν το υγρό κοντά στον θερμαντήρα γίνεται θερμότερο, η πυκνότητά του μπορεί να αλλάξει και μπορεί να αρχίσει η φυσική μεταφορά. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει κυκλοφορία χωρίς αντλία.
Ωστόσο, η αποτελεσματικότητα της φυσικής μεταφοράς εξαρτάται από τις ιδιότητες του ρευστού, τη διαφορά θερμοκρασίας, τη γεωμετρία της δεξαμενής, τον προσανατολισμό του θερμαντήρα και το ιξώδες.
Ένα υγρό χαμηλού-ιξώδους σε μια βαθιά δεξαμενή μπορεί να κυκλοφορήσει σχετικά εύκολα. Ένα συμπυκνωμένο ή παχύρρευστο χημικό διάλυμα μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένας θερμαντήρας που αποδίδει καλά σε ένα χημικό λουτρό δεν μπορεί αυτόματα να αναμένεται να παρέχει την ίδια ομοιομορφία θερμοκρασίας σε ένα άλλο λουτρό με διαφορετικές ιδιότητες υγρού.
Η μηχανική κυκλοφορία αλλάζει το θερμικό περιβάλλον
Οι αντλίες, οι αναδευτήρες και η ροή διεργασίας μπορούν να αυξήσουν σημαντικά την κίνηση του υγρού γύρω από την επιφάνεια θέρμανσης.
Το σημαντικό ζήτημα δεν είναι απλώς ο ονομαστικός ρυθμός ροής της αντλίας. Η κατεύθυνση ροής και η τοπική ταχύτητα γύρω από τον θερμαντήρα έχουν επίσης σημασία.
Για παράδειγμα, μια γραμμή επιστροφής μπορεί να δημιουργήσει ισχυρή κυκλοφορία κοντά στη μία πλευρά της δεξαμενής ενώ αφήνει την απέναντι πλευρά σχετικά στάσιμη.
Ομοίως, ένας θερμαντήρας που είναι εγκατεστημένος ακριβώς μπροστά από ένα ισχυρό ρεύμα εκκένωσης μπορεί να έχει πολύ διαφορετικές συνθήκες μεταφοράς θερμότητας-από έναν άλλο θερμαντήρα που βρίσκεται σε γωνία χαμηλής- ροής.
Επομένως, η θέση του θερμαντήρα θα πρέπει να αξιολογηθεί μαζί με το μοτίβο κυκλοφορίας.
Η θέση του θερμαντήρα μπορεί να επηρεάσει την κυκλοφορία
A PTFE θερμαντήρας εμβάπτισηςΗ εγκατάσταση πολύ κοντά σε ένα τοίχωμα δεξαμενής μπορεί να περιορίσει την κίνηση του υγρού γύρω από μέρος της θερμαντικής του επιφάνειας.
Οι εσωτερικοί σωλήνες και τα δομικά στοιχεία μπορούν να δημιουργήσουν παρόμοιες νεκρές ζώνες.
Για μια συμπαγή δεξαμενή, θα πρέπει να αναθεωρηθούν διάφορες διαστάσεις:
Διάκενο από θερμάστρα-στο-τοίχο
Θερμαντήρας-έως-κάτω διάκενο
Απόσταση από τις εσωτερικές σωληνώσεις
Απόσταση από εξόδους κυκλοφορίας
Απόσταση από χώρους φόρτωσης τεμαχίων
Προσανατολισμός του ενεργού τμήματος θέρμανσης
Ο στόχος είναι να διατηρηθεί επαρκής ανταλλαγή υγρών γύρω από την ενεργή επιφάνεια χωρίς να δημιουργηθούν περιττοί περιορισμοί ροής.
Χώρος θέρμανσης και κυκλοφορίας συνεργάζονται
Εξετάστε μια ενδεικτική απαίτηση θέρμανσης 12 kW.
| Διάταξη θέρμανσης | Εξουσία | Ενεργή περιοχή | Μέση ροή θερμότητας | Συνθήκη κυκλοφορίας |
|---|---|---|---|---|
| Συμπαγής ζώνη | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² | Αδύναμος |
| Κατανεμημένη ζώνη | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Μέτριος |
| Κατανεμημένη ζώνη | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Ισχυρός |
Η μέση ροή θερμότητας υπολογίζεται από:
q = P/A
Αυτά τα στοιχεία είναι ενδεικτικά και όχι καθολικά όρια λειτουργίας.
Η σύγκριση δείχνει γιατί η ισχύς από μόνη της δεν περιγράφει τη θερμική απόδοση. Τα ίδια 12 kW μπορούν να δημιουργήσουν διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας ανάλογα με την περιοχή θέρμανσης και την κίνηση του υγρού.
Η κακή κυκλοφορία μπορεί να παραμορφώσει τον έλεγχο της θερμοκρασίας
Ας υποθέσουμε ότι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι τοποθετημένος σε ένα καλά-μεικτό τμήμα της δεξαμενής ενώ ο θερμαντήρας βρίσκεται σε μια περιοχή χαμηλής- ροής.
Ο αισθητήρας μπορεί να φτάσει τη θερμοκρασία στόχο αργά, με αποτέλεσμα ο ελεγκτής να διατηρεί τη θέρμανση για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Εν τω μεταξύ, το υγρό που περιβάλλει αμέσως τον θερμαντήρα μπορεί να γίνει σημαντικά θερμότερο από τη μετρούμενη θερμοκρασία όγκου.
Η αντίθετη κατάσταση μπορεί επίσης να συμβεί όταν ο αισθητήρας βρίσκεται κοντά σε μια ισχυρή διαδρομή κυκλοφορίας ενώ μια άλλη περιοχή παραμένει ανεπαρκώς αναμεμειγμένη.
Η χαρτογράφηση θερμοκρασίας σε πολλά σημεία μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό αυτών των συνθηκών κατά τη θέση σε λειτουργία.
Το ιξώδες κάνει την κυκλοφορία πιο σημαντική
Η χημική συγκέντρωση μπορεί να επηρεάσει το ιξώδες. Καθώς το ιξώδες αυξάνεται, η κίνηση του υγρού μπορεί να γίνει πιο δύσκολη και η φυσική μεταφορά μπορεί να εξασθενήσει.
Αυτό μπορεί να αυξήσει τη σημασία της μηχανικής κυκλοφορίας, ιδιαίτερα όταν απαιτείται σημαντική θερμική ισχύς.
Επομένως, μια διεργασία με υψηλό ιξώδες δεν θα πρέπει να μετριέται χρησιμοποιώντας υποθέσεις κυκλοφορίας-όπως το νερό χωρίς να ελέγχονται οι πραγματικές ιδιότητες του υγρού.
Ο θερμικός σχεδιασμός θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη την πυκνότητα, το ιξώδες, την ειδική θερμοχωρητικότητα, τη θερμοκρασία λειτουργίας και τη μέθοδο κυκλοφορίας μαζί.
Πώς να αξιολογήσετε την κυκλοφορία κατά την επιλογή
Πολλές πρακτικές ερωτήσεις μπορούν να συμπεριληφθούν στις προδιαγραφές εξοπλισμού:
Ποιος είναι ο κανονικός ρυθμός ροής διεργασίας;
Πού εισέρχεται και βγαίνει υγρό από τη δεξαμενή;
Υπάρχει μηχανική ανάδευση;
Ποιες περιοχές της δεξαμενής έχουν ασθενή κυκλοφορία;
Πού θα εγκατασταθεί η θερμάστρα;
Πού θα μετρηθεί η θερμοκρασία;
Το ιξώδες αλλάζει σημαντικά με τη θερμοκρασία ή τη συγκέντρωση;
Αυτές οι λεπτομέρειες βοηθούν να καθοριστεί εάν μια κατανεμημένη ζώνη θέρμανσης ή πολλές μικρότερες ζώνες είναι καταλληλότερες.
Η κυκλοφορία πρέπει να λαμβάνεται υπόψη πριν αυξηθεί η ισχύς
Εάν μια δεξαμενή έχει κακή ομοιομορφία θερμοκρασίας, η απλή αύξηση της ισχύος του θερμαντήρα μπορεί να αυξήσει το τοπικό θερμικό φορτίο χωρίς να λύσει το υποκείμενο πρόβλημα κυκλοφορίας.
Μια καλύτερη προσέγγιση είναι να εξεταστούν μαζί το εμβαδόν της επιφάνειας θέρμανσης, η θέση του θερμαντήρα, η κατεύθυνση ροής, η θέση του αισθητήρα θερμοκρασίας-και οι ιδιότητες του υγρού.
Για έναPTFE θερμαντήρας εμβάπτισης, η αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας εξαρτάται από περισσότερα από την ηλεκτρική είσοδο. Η επαρκής κίνηση του υγρού βοηθά στη μεταφορά θερμότητας από την επιφάνεια PTFE στον όγκο διεργασίας και υποστηρίζει πιο σταθερή θερμοκρασία μπάνιου.
Όταν η κυκλοφορία είναι περιορισμένη, η γεωμετρία της δεξαμενής είναι ακανόνιστη ή το χημικό διάλυμα έχει υψηλό ιξώδες, μπορεί να αναπτυχθεί μια προσαρμοσμένη διάταξη θερμαντήρα γύρω από το πραγματικό μοτίβο ροής, την ενεργή περιοχή θέρμανσης, το βάθος βύθισης και την απαιτούμενη θερμοκρασία διεργασίας.
