Хімічні розчини з високою-в’язкістю створюють іншу проблему нагрівання, ніж ванни з низькою{1}}в’язкістю. Нагрівач може досягти необхідної електричної потужності, але резервуар все ще може демонструвати повільне відновлення температури або значні перепади температур між зоною нагрівача та рештою рідини.
Для aPTFE занурювальний нагрівач, в’язкість впливає на те, наскільки ефективно тепло відходить від поверхні нагріву. Тому потужність нагрівача, площу активної поверхні, циркуляцію, положення встановлення та геометрію резервуара необхідно розглядати разом.
Чому в'язкість змінює ефективність нагрівання
Коли рідина стає більш в’язкою, її опір течії збільшується. Природна конвекція може стати слабшою, тоді як циркуляція від насосів або мішалок також може стати менш ефективною.
Теплопередачу від занурювального нагрівача можна спростити так:
Q=hAΔT
деQпередається тепло,hефективний{0}}коефіцієнт теплопередачі,Aє активною зоною обігріву, аΔTце різниця температур між поверхнею нагрівання та навколишньою рідиною.
Коли рух рідини навколо нагрівача обмежено,hможе зменшитися. Тоді для передачі такої ж кількості тепла може знадобитися більша різниця температур.
Висока в'язкість може створити гарячий шар навколо нагрівача
Розчин із високою-в’язкістю може повільно віддалятися від поверхні нагрівача.
Таким чином, рідина, що безпосередньо оточує нагрівач, може стати значно теплішою, ніж об’ємний розчин.
Це створює дві проблеми.
По-перше, це не-однорідність температури. Другий – підвищене теплове навантаження на поверхню нагрівача.
Датчик резервуара, розташований далеко від нагрівача, може продовжувати показувати температуру нижче цільової, навіть якщо рідина, яка безпосередньо оточує поверхню нагріву, вже набагато гарячіша.
Просте збільшення потужності обігрівача може погіршити цей стан.
Площа нагрівальної поверхні стає більш важливою
Середній тепловий потік поверхні нагріву можна оцінити за допомогою:
q = P/A
деPце електроенергія іAє активною зоною обігріву.
Розглянемо ілюстративну потребу в опаленні 10 кВт:
| Конфігурація | потужність | Активна зона обігріву | Середній тепловий потік |
|---|---|---|---|
| Компактний обігрівач | 10 кВт | 0.50 m² | 20 кВт/м² |
| Обігрівач-середньої площі | 10 кВт | 0.80 m² | 12,5 кВт/м² |
| Розподілений нагрівач | 10 кВт | 1.20 m² | 8,3 кВт/м² |
Ці цифри є ілюстративними розрахунками, а не універсальними допустимими робочими значеннями PTFE.
Збільшення активної площі може розподілити таку саму електричну потужність по більшій поверхні. Те, чи покращить це фактичну продуктивність процесу, залежить від циркуляції, хімічних властивостей, геометрії нагрівача та розмірів бака.
Зміни температури можуть вплинути на в'язкість
Багато хімічних рідин стають менш в’язкими при підвищенні температури.
Це створює важливу динаміку під час запуску.
На початку нагрівання розчин може бути відносно в'язким і циркуляція може бути поганою. Зі збільшенням температури в’язкість може зменшитися, а рух рідини може покращитися.
Таким чином система опалення може поводитися по-різному під час запуску та-роботи в стабільному стані.
Нагрівач, який має розмір лише для стабільного-стану, може забезпечити недостатню ефективність запуску, якщо початкова в’язкість значно вища.
Механічна циркуляція повинна відповідати рідині
Для високо{0}}в’язких розчинів може знадобитися механічна циркуляція для переміщення тепла через резервуар.
Однак лише номінальна потужність насоса не гарантує ефективної теплопередачі.
Шлях потоку повинен досягати зони нагріву і транспортувати нагріту рідину до більш холодних частин бака.
Циркуляційна система, яка обходить нагрівач, може мати високу загальну швидкість потоку, але все ще виробляти слабку локальну теплопередачу.
Положення мішалки, вхідний отвір насоса, розташування нагнітання, внутрішні трубопроводи та розміщення нагрівача, таким чином, слід оцінювати як цілісну систему.
Положення обігрівача може зменшити застійні зони
Обігрівач, встановлений у кутку або близько до стінки бака, може відчувати слабкий обмін рідини.
Для в'язких розчинів ця проблема може бути більш вираженою.
В ідеалі активна поверхня нагріву повинна бути розташована там, де циркуляція досягає нагрівача з кількох напрямків або де технологічний потік навмисно спрямований через зону нагріву.
Відстань від дна та стінок резервуару також має враховувати осад, відкладення та доступ для обслуговування.
Час нагрівання можна оцінити за властивостями рідини
Припустімо, що ілюстративний резервуар містить 600 кг високо{1}}в’язкого хімічного розчину з питомою теплоємністю 2,8 кДж/(кг·К). Необхідне підвищення температури становить 40 градусів.
Розумна теплова енергія:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67, 200 кДж
Це приблизно дорівнює 18,7 кВт/год.
З обігрівачем потужністю 12 кВт ідеальний розумний-час нагріву буде приблизно:
18,7 ÷ 12=1.56 годин
Фактичний час нагрівання буде довшим через втрати тепла бака, трубопроводів, випаровування, завантаження деталі та інші термічні ефекти.
Приклад також показує, чому при виборі нагрівача слід використовувати фактичну питому теплоємність хімічного розчину, а не припускати властивості води.
Потужність має відповідати фактичним-умовам теплопередачі
Для ванн із високою в’язкістю вибір нагрівача з надмірною потужністю може створити складне теплове середовище.
Кращий підхід – збалансувати:
Необхідна швидкість нагрівання
Активна зона обігріву
Середній тепловий потік
Циркуляційна ємність
Ванна в'язкість
Робоча температура
Геометрія резервуара
Вимога рівномірності температури
Метою є не просто максимальна потужність нагріву. Корисною метою є достатня теплопередача без надмірної локальної теплової концентрації.
Яка інформація має бути включена до закупівлі?
Застосування -хімічної речовини з високою в’язкістю має забезпечувати:
Хімічний склад
В'язкість при температурі запуску
В'язкість при робочій температурі
Питома теплоємність
Щільність
Цільова температура
Необхідний час нагрівання
Розміри бака
Циркуляційний метод
Мінімальний рівень рідини
Необхідна потужність нагрівача
Наявне електропостачання
Ця інформація дозволяє aPTFE занурювальний нагрівачмає бути розроблено навколо фактичної поведінки рідини, а не спрощеного-припущення на основі води.
Для особливо в’язких розчинів, обмеженої циркуляції, глибоких резервуарів або великих теплових навантажень налаштована площа поверхні нагріву та геометрія нагрівача можуть забезпечити кращий розподіл тепла. Остаточна конфігурація повинна збалансувати тепловий потік, циркуляцію, глибину занурення та температуру процесу для досягнення стабільного нагріву в хімічному резервуарі.
