Cheminių medžiagų bakas gali turėti pakankamai šildytuvo galios ir vis tiek sunku pasiekti vienodą proceso temperatūrą. Dažna priežastis yra nepakankama skysčio cirkuliacija aplinkPTFE panardinamas šildytuvas.
Kai šildomas skystis lieka arti šildytuvo paviršiaus, o ne juda per baką, susidaro temperatūros gradientai. Valdiklis gali pranešti apie tikslinę temperatūrą, o šaltesni regionai lieka kitur proceso bake.
Todėl cheminės įrangos atveju šildytuvo parinkimas ir skysčio judėjimas turėtų būti traktuojami kaip viena šiluminio{0}}projektavimo problema.
Šiluma turi pasišalinti nuo šildytuvo
Panardinamasis šildytuvas savo aktyviajame paviršiuje elektros energiją paverčia šilumine energija. Tada aplinkinis skystis turi nunešti šilumą.
Supaprastintas šilumos perdavimo{0}}ryšis yra:
Q=hAΔT
kurQperduodama šiluma,hyra efektyvusis šilumos{0}}perdavimo koeficientas,Ayra šildomo paviršiaus plotas irΔTyra temperatūros skirtumas tarp šildymo paviršiaus ir aplinkinio skysčio.
Įtakoja skysčių cirkuliacijąh. Kai srautas aplink šildytuvą yra silpnas, šiluminis ribinis sluoksnis gali tapti storesnis ir šilumos perdavimas gali sumažėti.
Šildytuvas vis tiek gali sunaudoti numatomą elektros energiją, tačiau temperatūros pasiskirstymas bako viduje gali tapti netolygus.
Natūralios konvekcijos ne visada pakanka
Kai skystis prie šildytuvo tampa šiltesnis, jo tankis gali pasikeisti ir prasidėti natūrali konvekcija. Tai gali sukurti cirkuliaciją be siurblio.
Tačiau natūralios konvekcijos efektyvumas priklauso nuo skysčio savybių, temperatūrų skirtumo, bako geometrijos, šildytuvo orientacijos ir klampumo.
Mažo{0}}klampumo skystis giliame bake gali cirkuliuoti gana lengvai. Koncentruotas arba klampus cheminis tirpalas gali elgtis skirtingai.
Štai kodėl negalima tikėtis, kad šildytuvas, gerai veikiantis vienoje cheminėje vonioje, užtikrins vienodą temperatūrą kitoje vonioje su skirtingomis skysčio savybėmis.
Mechaninė cirkuliacija keičia šiluminę aplinką
Siurbliai, maišytuvai ir proceso srautas gali žymiai padidinti skysčio judėjimą aplink šildymo paviršių.
Svarbus dalykas yra ne tik nominalus siurblio srautas. Taip pat svarbu srauto kryptis ir vietinis greitis aplink šildytuvą.
Pavyzdžiui, grįžtamoji linija gali sukurti stiprią cirkuliaciją šalia vienos bako pusės, o priešingą pusę palikti santykinai sustingusią.
Taip pat šildytuvas, sumontuotas tiesiai prieš stiprią iškrovimo srovę, gali patirti labai skirtingas šilumos{0}}perdavimo sąlygas nuo kito šildytuvo, esančio mažo srauto kampe.
Todėl šildytuvo vietą reikia įvertinti kartu su cirkuliacijos modeliu.
Šildytuvo padėtis gali turėti įtakos cirkuliacijai
A PTFE panardinamas šildytuvassumontuotas per arti bako sienelės, gali apriboti skysčio judėjimą aplink dalį jo šildymo paviršiaus.
Vidiniai vamzdžiai ir konstrukciniai komponentai gali sukurti panašias negyvąsias zonas.
Kompaktiškam bakui reikėtų peržiūrėti kelis matmenis:
Šildytuvas-iki-sienos
Šildytuvas-iki-apačios
Atstumas nuo vidinio vamzdyno
Atstumas nuo cirkuliacinių išleidimo angų
Atstumas nuo ruošinio pakrovimo zonų
Aktyvaus šildymo sekcijos orientacija
Tikslas yra palaikyti tinkamą skysčių apykaitą aplink aktyvų paviršių nesukuriant nereikalingų srauto apribojimų.
Šildymo zona ir cirkuliacija dirba kartu
Apsvarstykite pavyzdinį 12 kW šildymo poreikį.
| Šildymo išdėstymas | Galia | Aktyvi sritis | Vidutinis šilumos srautas | Cirkuliacijos būklė |
|---|---|---|---|---|
| Kompaktiška zona | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² | Silpnas |
| Paskirstyta zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Vidutinis |
| Paskirstyta zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Stiprus |
Vidutinis šilumos srautas apskaičiuojamas iš:
q = P/A
Šie skaičiai yra iliustratyvūs, o ne universalūs veikimo apribojimai.
Palyginimas parodo, kodėl vien galia neapibrėžia šiluminių savybių. Tie patys 12 kW gali sukurti skirtingas veikimo sąlygas, priklausomai nuo šildymo ploto ir skysčio judėjimo.
Prasta cirkuliacija gali iškraipyti temperatūros valdymą
Tarkime, temperatūros jutiklis yra gerai{0}}sumaišytoje bako dalyje, o šildytuvas yra mažo srauto{1}}zonoje.
Jutiklis gali lėtai pasiekti tikslinę temperatūrą, todėl valdiklis šildys ilgiau. Tuo tarpu skystis, esantis aplink šildytuvą, gali gerokai įkaisti nei išmatuota tūrio temperatūra.
Taip pat gali susidaryti priešinga situacija, kai jutiklis yra šalia stiprios cirkuliacijos kelio, o kita sritis lieka prastai sumaišyta.
Temperatūros žemėlapis keliuose taškuose gali padėti nustatyti šias sąlygas paleidimo metu.
Dėl klampumo cirkuliacija tampa svarbesnė
Cheminė koncentracija gali turėti įtakos klampumui. Didėjant klampumui, skysčių judėjimas gali pasunkėti ir susilpnėti natūrali konvekcija.
Tai gali padidinti mechaninės cirkuliacijos svarbą, ypač kai reikalinga didelė šildymo galia.
Todėl didelio klampumo proceso nereikėtų nustatyti pagal vandens,{0}}pavyzdžiui, cirkuliacijos prielaidas, nepatikrinus faktinių skysčio savybių.
Šiluminiame projekte turėtų būti atsižvelgiama į tankį, klampumą, savitąją šiluminę galią, darbo temperatūrą ir cirkuliacijos metodą.
Kaip įvertinti tiražą atrankos metu
Į įrangos specifikaciją galima įtraukti keletą praktinių klausimų:
Koks yra normalus proceso srauto greitis?
Kur skystis patenka į baką ir iš jo išeina?
Ar galimas mechaninis maišymas?
Kuriose rezervuaro vietose cirkuliacija silpna?
Kur bus montuojamas šildytuvas?
Kur bus matuojama temperatūra?
Ar klampumas labai kinta priklausomai nuo temperatūros ar koncentracijos?
Šios detalės padeda nustatyti, ar tinkamesnė viena paskirstyta šildymo zona, ar kelios mažesnės zonos.
Prieš didinant galią reikia atsižvelgti į tiražą
Jei bako temperatūra yra bloga, tiesiog padidinus šildytuvo galią vatais, vietinė šiluminė apkrova gali padidėti, neišsprendžiant pagrindinės cirkuliacijos problemos.
Geresnis būdas yra kartu ištirti šildomo paviršiaus plotą, šildytuvo padėtį, srauto kryptį, temperatūros{0}}jutiklio vietą ir skysčio savybes.
Dėl aPTFE panardinamas šildytuvas, efektyvus šilumos perdavimas priklauso ne tik nuo elektros įvado. Tinkamas skysčio judėjimas padeda pernešti šilumą nuo PTFE paviršiaus į proceso tūrį ir palaiko pastovesnę vonios temperatūrą.
Kai cirkuliacija ribota, rezervuaro geometrija netaisyklinga arba cheminio tirpalo klampumas didelis, galima sukurti pritaikytą šildytuvo išdėstymą pagal faktinį srauto modelį, aktyvią šildymo sritį, panardinimo gylį ir reikiamą proceso temperatūrą.
