Хімічний завод замовив два занурювальні нагрівачі PTFE для ідентичних резервуарів. Один мав оболонку з PTFE товщиною 1,5 мм. Другий мав оболонку 2,5 мм. Обидва були розраховані на однакову потужність і напругу. Через вісімнадцять місяців нагрівач із тонкою-оболонкою все ще працював добре. Обігрівач із товстою-оболонкою вийшов із ладу-не через проникнення, а через локальне перегрівання. Більш товста оболонка додала достатній термічний опір, щоб підштовхнути температуру поверхні до діапазону деградації.
Товщина оболонки є одним із найбільш послідовних рішень у специфікації занурювального нагрівача PTFE та одним із найменш зрозумілих. Більш товста оболонка забезпечує довший шлях проникнення та кращу механічну міцність. Але це також додає тепловий опір, підвищуючи температуру поверхні для будь-якої заданої щільності ват. Безпечна потужність залежить від товщини оболонки.
Термічний опір PTFE оболонки
Тепло має пройти через оболонку з PTFE, перш ніж досягти технологічної рідини. Термічний опір оболонки пропорційний її товщині і обернено пропорційний її теплопровідності. Для PTFE при 0,25 Вт/м·К оболонка товщиною 1,5 мм додає падіння температури приблизно на 6 градусів при 1,0 Вт/см². Оболонка товщиною 2,5 мм додає приблизно 10 градусів. Чохол товщиною 3,5 мм додає приблизно 14 градусів.
Ці перепади температури додають до конвективного перепаду на поверхні та внутрішніх перепадів на наповнювачі та металевій оболонці. Загальна поверхня-до-об’ємного зазору визначає фактичну робочу температуру полімеру.
| Товщина оболонки | Термічний опір | Поверхня ΔT при 1,0 Вт/см² | Поверхня ΔT при 1,5 Вт/см² | Шлях відносного проникнення |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 мм | Низький | 4 ступінь | 6 ступінь | Короткий |
| 1,5 мм | Помірний | 6 ступінь | 9 ступінь | Помірний |
| 2,0 мм | Помірний–Високий | 8 ступінь | 12 градус | довгий |
| 2,5 мм | Високий | 10 градусів | 15 градусів | Довше |
| 3,0 мм | Дуже високий | 12 градус | 18 градусів | Найдовший |
Термічний опір і шлях проникнення для звичайної товщини PTFE оболонки
Чому безпечна щільність ват зменшується зі збільшенням товщини оболонки
Безпечна щільність у ватах — це щільність у ватах, яка підтримує температуру поверхні в безпечному діапазоні для полімеру. Зі збільшенням товщини оболонки термічний опір зростає, тому температура поверхні підвищується для будь-якої заданої щільності ват. Щоб підтримувати температуру поверхні в безпечному діапазоні, необхідно зменшити щільність ват.
Для оболонки товщиною 1,5 мм у ванні при 60 градусах щільність 1,4 Вт/см² може підтримувати температуру поверхні нижче 100 градусів. Для оболонки товщиною 2,5 мм у тій самій ванні безпечна щільність ват падає до 1,0–1,2 Вт/см². Більш товста оболонка вимагає нижчої щільності ват для досягнення такої ж температури поверхні.
| Товщина оболонки | Максимальна ватна щільність для поверхні<100°C | Максимальна ватна щільність для поверхні<110°C | Максимальна ватна щільність для поверхні<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 мм | 1,8 Вт/см² | 2,0 Вт/см² | 2,2 Вт/см² |
| 1,5 мм | 1,4 Вт/см² | 1,6 Вт/см² | 1,8 Вт/см² |
| 2,0 мм | 1,2 Вт/см² | 1,4 Вт/см² | 1,6 Вт/см² |
| 2,5 мм | 1,0 Вт/см² | 1,2 Вт/см² | 1,4 Вт/см² |
| 3,0 мм | 0,8 Вт/см² | 1,0 Вт/см² | 1,2 Вт/см² |
Максимальна щільність ват для різних товщин оболонки та температурних обмежень поверхні
Компроміс-між довговічністю та теплопередачею
Більш товста оболонка забезпечує кращу механічну міцність і довший шлях проникнення. Але це також вимагає меншої щільності ват, що означає більшу площу поверхні для тієї ж потужності. Обігрівач стає більше і дорожче.
Оптимальна товщина оболонки залежить від застосування. Для м’якої експлуатації тонка оболонка (1,0–1,5 мм) забезпечує достатню довговічність і забезпечує вищу щільність в ватах. Для агресивного використання товща оболонка (2,0–3,0 мм) забезпечує кращу хімічну стійкість, але вимагає меншої щільності в ватах і більшого нагрівача.
| Стан обслуговування | Рекомендована товщина оболонки | Максимальна ватна щільність | Відносний розмір нагрівача |
|---|---|---|---|
| Помірний,<60°C, clean fluids | 1,0–1,5 мм | 1,4–1,8 Вт/см² | Компактний |
| Середня, 60-70 градусів | 1,5–2,0 мм | 1,2–1,4 Вт/см² | Помірний |
| Агресивний, 70–80 градусів | 2,0–2,5 мм | 1,0–1,2 Вт/см² | Більший |
| Високоагресивний, 80–90 градусів | 2,5–3,0 мм | 0,8–1,0 Вт/см² | Найбільший |
| HF або високо{0}}температурне обслуговування | 3,0 мм+ | 0,6–0,8 Вт/см² | Дуже великий |
Рекомендації щодо товщини оболонки та ватної потужності залежно від умов експлуатації
Відповідність товщини оболонки щільності у Ватах
Товщина оболонки та потужність у Ваттах повинні вибиратися разом. Товста оболонка з високою щільністю ват створює неприйнятно високу температуру поверхні. Тонка оболонка з низькою щільністю ват термічно ефективна, але може не забезпечити достатній опір проникненню в агресивній хімії.
Практичний підхід полягає в тому, щоб спочатку вибрати товщину оболонки на основі хімії та температури, а потім вибрати щільність у Ватах, яка підтримує температуру поверхні в безпечному діапазоні для цієї товщини. Оболонка товщиною 2,5 мм при 1,0 Вт/см² може працювати за тієї самої температури поверхні, що й оболонка товщиною 1,5 мм при 1,4 Вт/см², але більш товста оболонка забезпечує кращий опір проникненню та механічну міцність.
Коли стандартної товщини недостатньо
Деякі програми вимагають товщини оболонки або комбінації щільності ват, які стандартні нагрівачі не пропонують. Резервуару з високоагресивною хімією при високій температурі може знадобитися оболонка 3,0 мм при 0,8 Вт/см²-комбінація, яка потребує великої площі поверхні та спеціальної конфігурації.
Індивідуальна конфігурація занурювального нагрівача з PTFE дозволяє оптимізувати товщину оболонки та щільність ват для конкретного застосування. Процес специфікації вимагає хімічного складу ванни, робочої температури, механічних факторів ризику та необхідної потужності. Для об’єктів з вимогливими додатками цей підхід більш точно збалансовує довговічність і теплопередачу, ніж стандартний вибір продукції.
22
Який розмір занурювального нагрівача PTFE підходить для бака для промивки глибиною 400 мм?
Цеху з друкованих плат потрібен був замінний занурювальний нагрівач з PTFE для резервуара для промивання глибиною 400 мм. Бак мав ширину 900 мм і довжину 1500 мм, робочий об'єм становив приблизно 480 літрів. Існуючий нагрівач був стандартним прямим блоком, який виступав над рідинною лінією та вийшов з ладу через 11 місяців. Групі технічного обслуговування потрібен був нагрівач, який би відповідав неглибокому резервуару, підтримував повне занурення та забезпечував необхідну потужність із безпечною щільністю ват.
Неглибокі резервуари становлять особливу проблему при проектуванні занурювальних нагрівачів з ПТФЕ. Корисна висота обігрівача обмежена, тому обігрівач має використовувати L-- або U--подібну конфігурацію, щоб забезпечити достатню площу поверхні за низької щільності ват.
Обмеження глибини занурення
Бак глибиною 400 мм не забезпечує 400 мм корисної висоти нагрівача. Рівень рідини має бути достатньо високим, щоб покрити заготовки, а нагрівач має залишатися повністю зануреним у воду при мінімальному рівні рідини. На практиці корисна нагріта довжина в резервуарі глибиною 400 мм становить 200–280 мм, залежно від надводного борту та коливань рівня.
Прямий нагрівач з довжиною нагріву 250 мм забезпечує довжину нагріву 250 мм. Для навантаження 4 кВт при 1,0 Вт/см² необхідна площа поверхні становить 4000 см². При діаметрі оболонки 32 мм площа поверхні становить приблизно 100 см² на 100 мм довжини. Довжина з підігрівом 250 мм забезпечує лише 250 см²-набагато менше, ніж потрібно.
| Глибина резервуара | Корисна довжина з підігрівом | Площа поверхні на оболонці 32 мм | Площа поверхні на оболонці 50 мм | Довжина з підігрівом, необхідна для 4000 см² |
|---|---|---|---|---|
| 300 мм | 150–200 мм | 150–200 см² | 236–314 см² | 2000–2667 мм |
| 400 мм | 200–280 мм | 200–280 см² | 314–440 см² | 1429–2000 мм |
| 500 мм | 300–350 мм | 300–350 см² | 471–550 см² | 1143–1333 мм |
| 600 мм | 350–450 мм | 350–450 см² | 550–707 см² | 889–1143 мм |
Вимоги до довжини та площі обігріву для режиму роботи 4 кВт при 1,0 Вт/см²
Г-- або U--подібний обігрівач
L-- або U--подібний занурювальний нагрівач з PTFE згинає нагрітий елемент, щоб розмістити більшу площу поверхні в неглибокому резервуарі. Типовий L--подібний нагрівач із 250 мм вертикальною секцією та 750 мм горизонтальною секцією забезпечує 1000 мм нагрітої довжини-, що в чотири рази перевищує довжину прямого нагрівача при тій самій глибині бака.
При діаметрі оболонки 32 мм 1000 мм нагрітої довжини забезпечує приблизно 1000 см² площі поверхні. Це все ще менше 4000 см², необхідних для навантаження 4 кВт при 1,0 Вт/см². Потрібен більший діаметр оболонки або багато{11}}конфігурація.
| Конфігурація нагрівача | Довжина з підігрівом | Площа поверхні 32 мм | Площа поверхні 50 мм | Встановлюється в резервуар 400 мм |
|---|---|---|---|---|
| Пряма, 250 мм | 250 мм | 250 см² | 393 см² | Так, але недостатня площа |
| L-форми, 250 + 750 мм | 1000 мм | 1000 см² | 1571 см² | так |
| U-подібна, 250 + 500 + 250 мм | 1000 мм | 1000 см² | 1571 см² | так |
| Багато-прохідний, 4 × 250 мм | 1000 мм | 1000 см² | 1571 см² | так |
| Багато-прохідний, 8 × 250 мм | 2000 мм | 2000 см² | 3142 см² | Щільна посадка |
Конфігурація нагрівача для бака глибиною 400 мм
Встановлення нагрівача в бак
Нагрівач повинен розміщуватися в доступному просторі, не перешкоджаючи заготовкам або потоку. У баку 900 × 1500 мм нагрівач можна розташувати уздовж однієї стінки, залишивши центральний об’єм для стелажа для заготовок. Г--подібний обігрівач з вертикальним перетином 250 мм і горизонтальним 750 мм укладається вздовж стіни 1500 мм.
Нагрівач необхідно розташувати так, щоб нагріта секція була повністю занурена в воду при мінімальному рівні рідини. Резервуар глибиною 400 мм з рівнем рідини 320 мм і надводним бортом 80 мм забезпечує 240 мм корисної глибини. Нагріта частина нагрівача повинна бути розташована в нижніх 200 мм резервуара, при цьому верхня частина нагрітої секції повинна бути принаймні на 40 мм нижче мінімального рівня рідини.
Рівномірність потоку та температури
L--подібний або багато-нагрівач у неглибокому резервуарі може створити затінення потоку, якщо канали розташовані надто близько один до одного. Рідина між проходами може застоюватися, зменшуючи теплообмін і створюючи гарячі точки. Відстань між проходами має становити не менше 30–40 мм, щоб забезпечити протікання між ними.
Якщо в баку є циркуляційний насос, нагрівач слід розташувати так, щоб потік проходив через щілини між проходами. Якщо резервуар покладається на природну конвекцію, нагрівач слід розташувати так, щоб тепловий шлейф, що піднімається, міг вийти, не потрапивши в пастку.
| Пропускний інтервал | Потік між проходами | Ризик гарячої точки | Рекомендоване застосування |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Бідний | Високий | Не рекомендується |
| 20–30 мм | Помірний | Помірний | Тільки низька щільність ват |
| 30–40 мм | добре | Низький | Більшість додатків |
| >40 мм | Чудово | Дуже низький | Висока щільність або в'язкі рідини |
Відстань між проходами та її вплив на потік і ризик гарячих точок
Коли стандартний нагрівач не може вмістити резервуар
Резервуар глибиною 400 мм із робочою потужністю 4 кВт і 1,0 Вт/см² вимагає багатоходового нагрівача, якого стандартні лінійки продуктів можуть не мати. Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з PTFE з L--подібною або багато-конструкцією, діаметром оболонки 50 мм і відстанню між проходами 30–40 мм усуває основну причину обмеження простору. Процес специфікації вимагає розмірів бака, діапазону рівня рідини, необхідної потужності, хімічного складу ванни та умов потоку. Для об’єктів із неглибокими резервуарами цей-спеціальний підхід забезпечує необхідну площу поверхні в межах доступного простору.
