Хімічний резервуар може містити однаковий об’єм рідини, але поводитися дуже по-різному від однієї виробничої партії до іншої. Зміни в концентрації хімічних речовин можуть змінити щільність рідини, в'язкість, теплоємність і циркуляцію. Ці зміни безпосередньо впливають на те, як aPTFE занурювальний нагрівачпередає тепло у ванну.
Для інженерів, які визначають розміри нагрівального обладнання, щільність рідини слід розглядати разом із концентрацією та тепловими властивостями, а не розглядати як окрему специфікацію.
Щільність змінює фактичну масу, що нагрівається
Ємність бака зазвичай виражається в літрах або кубічних метрах, тоді як розрахунок опалення залежить від маси.
Основний зв'язок:
m = ρV
деmє рідкою масою,ρце щільність, іVє об’ємом рідини.
Наприклад, резервуар об’ємом 1000 л, що містить розчин із щільністю 1,20 кг/л, містить приблизно 1200 кг рідини.
Якщо той самий резервуар містить розчин з нижчою-щільністю 1,00 кг/л, маса рідини становить лише близько 1000 кг.
Ця різниця впливає на кількість енергії, необхідної для підвищення температури ванни.
Для розумного опалення:
Q=mcΔT
Таким чином, дві рідини, що займають однаковий об’єм резервуара, можуть потребувати різної енергії нагріву, якщо їх щільність і питома теплоємність відрізняються.
Сама по собі густина не визначає теплообмін
Поширеним інженерним непорозумінням є припущення, що вища щільність автоматично означає гіршу або кращу теплопередачу.
Щільність – це лише одна частина картини властивостей рідини-.
На передачу тепла навколо занурювального нагрівача з PTFE також впливають в’язкість, питома теплоємність, теплопровідність, швидкість рідини, геометрія нагрівача та різниця температур.
Спрощене відношення це:
Q=hAΔT
тут,hпредставляє ефективний{0}}коефіцієнт теплопередачі таAявляє собою активну зону нагріву.
Щільність може впливати на поведінку рідини, але вона безпосередньо не визначає значенняh. Рух рідини та в’язкість можуть бути однаково важливими.
Концентровані розчини можуть змінювати декілька властивостей разом
У багатьох хімічних процесах щільність зростає зі збільшенням концентрації розчинених хімічних речовин. При цьому можуть змінюватися в'язкість і питома теплоємність.
Це створює комбінований дизайнерський ефект.
Концентрований розчин може містити більше маси на одиницю об’єму, що збільшує розумне-теплове навантаження. Якщо в’язкість також збільшується, циркуляція навколо нагрівача може стати менш ефективною.
Результатом може бути процес, у якому та сама номінальна потужність нагрівача виробляє різну температурну реакцію після зміни концентрації хімікату.
З цієї причини розрахунки опалення, засновані лише на об’ємі резервуара, можуть стати неточними для концентрованих хімічних розчинів.
Чому площа поверхні нагрівача все ще має значення
Припустимо, для процесу потрібно 12 кВт теплової потужності.
Компактний нагрівач з невеликою активною площею і довший нагрівач з більшою активною площею можуть забезпечити 12 кВт електричної потужності. Однак їх середній поверхневий тепловий потік буде відрізнятися.
Спрощений розрахунок:
q = P/A
деqце середній тепловий потік.
Розглянемо дві ілюстративні конфігурації:
| Розташування обігрівача | потужність | Активна зона обігріву | Середній тепловий потік |
|---|---|---|---|
| Компактна конфігурація | 12 кВт | 0.60 m² | 20 кВт/м² |
| Розподілена конфігурація | 12 кВт | 1.20 m² | 10 кВт/м² |
Ці значення є ілюстративними та не представляють універсальні робочі межі PTFE.
Розподілене розташування може забезпечити нижчий середній поверхневий тепловий потік, але фактична продуктивність усе ще залежить від циркуляції, геометрії установки, хімічного складу ванни та конструкції нагрівача.
Рух рідини може стати обмежуючим фактором
Коли щільний або в’язкий хімічний розчин рухається повільно, тепло може накопичуватися навколо поверхні нагрівача швидше, ніж воно транспортується в навколишню ванну.
Це може створити локальну різницю температур між рідиною, що знаходиться безпосередньо навколо нагрівача, і масою розчину.
Датчик температури бака все ще може повідомляти бажану середню температуру, тоді як поверхня нагрівача зазнає суттєво інших умов.
Тому механічне перемішування, циркуляцію насоса, відстань між нагрівачами та місце установки слід оцінювати разом.
Для великих хімічних резервуарів розподіл зон нагріву також може допомогти уникнути концентрації теплового навантаження в одній області.
Щільність має бути включена в-розрахунки часу нагрівання
Розглянемо приклад хімічного розчину об’ємом 1500 л із густиною 1,15 кг/л. Приблизна маса рідини:
м=1.15 × 1,500=1,725 кг
Якщо прийняти, що питома теплоємність дорівнює 3,2 кДж/(кг·К), а необхідне підвищення температури становить 30 градусів:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 кДж
Це дорівнює приблизно 46 кВт/год розумної теплової енергії.
Обігрівач потужністю 20 кВт теоретично потребує приблизно 2,3 години за ідеальних умов. Фактичний час нагрівання буде довшим, оскільки стінки бака, трубопроводи, заготовки, випаровування та втрати тепла в навколишньому середовищі також споживають енергію.
Розрахунок демонструє, чому щільність і питома теплоємність повинні бути включені при оцінці теплоємності.
Які дані необхідно надати для вибору обігрівача?
Для хімічного процесу з використанням aPTFE занурювальний нагрівач, корисна інформація про рідини включає:
Щільність або питома вага рідини
Хімічна концентрація
Питома теплоємність
В'язкість
Теплопровідність, якщо є
Діапазон робочих температур
Необхідна швидкість нагрівання
Циркуляційний або агітаційний метод
Нормальний і мінімальний рівень рідини
Розміри бака
Тому густину найкраще розглядати як частину ширшого профілю теплових{0}}властивостей.
Якщо щільність значно змінюється з концентрацією хімікату, розмір нагрівача слід перевіряти в межах фактичного робочого діапазону, а не в порівнянні з одним номінальним умовою. Поєднання властивостей рідини з площею нагрівальної поверхні, розподілом потужності, циркуляцією та геометрією резервуара забезпечує більш надійну основу для вибору занурювального нагрівача PTFE та індивідуального промислового дизайну.
