Duboki procesni spremnici stvaraju drugačiji toplinski problem od plitkih kemijskih kupki. Gornji tekući sloj može doseći ciljanu temperaturu dok donji dio ostaje hladniji, posebno kada je cirkulacija slaba ili je zona grijanja koncentrirana blizu jedne pozicije.
A PTFE uronjeni grijačugrađen u duboki spremnik stoga se treba smatrati dijelom cjelokupnog sustava toplinske cirkulacije. Duljina grijača, dubina ugradnje, distribucija snage, kretanje tekućine i položaj-senzora temperature utječu na stabilnost temperature.
Zašto duboki spremnici razvijaju temperaturne razlike
Kada grijač podigne temperaturu obližnje tekućine, prirodna konvekcija može pomaknuti topliju tekućinu prema gore, dok se hladnija tekućina pomiče prema dolje.
Ovaj mehanizam može osigurati korisnu cirkulaciju, ali njegova učinkovitost ovisi o gustoći tekućine, viskoznosti, temperaturnoj razlici, geometriji spremnika i položaju grijača.
U dubokom spremniku s ograničenom cirkulacijom, vertikalna udaljenost može postati dovoljno velika da ostanu značajne temperaturne razlike između gornjeg i donjeg područja.
Senzor temperature postavljen blizu površine stoga može pokazivati ciljanu temperaturu dok niža procesna zona ostaje ispod specifikacije.
Duljina grijača određuje zonu grijanja
Kratki grijač koncentrira ulaz topline u jedno područje.
DuljePTFE uronjeni grijačmože distribuirati grijanje na veću okomitu udaljenost, pod uvjetom da aktivni dio grijanja ostane pravilno uronjen.
Cilj nije samo produljiti grijač. Aktivno područje grijanja treba odgovarati dijelu spremnika koji zahtijeva toplinsku kontrolu.
Na primjer, duboki spremnik koji sadrži procesno opterećenje većim dijelom svoje visine može imati koristi od duže raspoređene zone grijanja. Spremnik u kojem samo donji dio sadrži aktivnu procesnu tekućinu može zahtijevati drugačiji raspored.
Distribucija struje je važna
Prosječni toplinski tok površine grijanja može se procijeniti pomoću:
q = P/A
gdjePje električna snaga grijanja iAje aktivno područje grijanja.
Razmotrite ilustrativni zahtjev od 12 kW:
| Konfiguracija | Vlast | Aktivno područje grijanja | Prosječni toplinski tok |
|---|---|---|---|
| Kratka koncentrirana zona | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Duža raspoređena zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
| Dvije raspoređene zone | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Brojke su ilustrativne i ne predstavljaju univerzalna radna ograničenja.
Povećanje aktivne površine može raspodijeliti istu ukupnu snagu na veću površinu. Hoće li ovo proizvesti bolje performanse ovisi o cirkulaciji tekućine i stvarnoj geometriji spremnika.
Cirkulacija određuje hoće li toplina doći do gornjeg spremnika
Duboki spremnik zahtijeva učinkovit mehanizam za prijenos topline kroz procesni volumen.
Prirodna konvekcija može biti odgovarajuća za neke-otopine niske viskoznosti, ali mehanička cirkulacija može pružiti predvidljivije miješanje.
Mjesto pražnjenja crpke je važno. Cirkulacijski sustav koji pomiče tekućinu vodoravno možda neće eliminirati okomite temperaturne razlike ako je zona grijanja postavljena na dnu.
Kombinaciju položaja grijača i smjera protoka stoga treba procijeniti tijekom projektiranja opreme.
Položaj senzora temperature može utjecati na stabilnost kontrole
Jedan senzor rijetko predstavlja svaku točku u dubokom procesnom spremniku.
Razmotrimo pojednostavljeni primjer:
Donja zona grijanja: 68 stupnjeva
Srednji spremnik: 62 stupnja
Gornji spremnik: 58 stupnjeva
Zadana vrijednost regulatora: 60 stupnjeva
Ako se senzor nalazi u gornjem dijelu, grijač može nastaviti raditi iako je donja zona znatno toplija.
Ako je senzor postavljen blizu grijača, regulator može isključiti grijanje prije nego što gornji spremnik postigne potrebnu temperaturu.
Kartiranje temperature tijekom puštanja u pogon može identificirati najreprezentativnije mjesto mjerenja.
Mora se definirati minimalna razina tekućine
Duboki spremnici mogu doživjeti značajne promjene razine tijekom punjenja, pražnjenja, isparavanja i kemijskog nadopunjavanja.
Aktivna zona grijanja treba ostati unutar predviđenog raspona uranjanja u normalnim radnim uvjetima.
Praktičan dizajn trebao bi uspostaviti:
Maksimalna razina tekućine → normalna radna razina → minimalna razina tekućine
Minimalna razina treba biti kompatibilna s aktivnim dijelom grijanja i zaštitnim sustavom.
Detekcija razine i neovisna zaštita od previsoke temperature mogu pružiti dodatnu zaštitu tamo gdje to uvjeti procesa opravdavaju.
Procjena vremena zagrijavanja za duboki spremnik
Pretpostavimo da duboki procesni spremnik sadrži 1200 kg otopine. Koristeći ilustrativni specifični toplinski kapacitet od 3,6 kJ/(kg·K), potrebno povećanje temperature je 25 stupnjeva.
Osjetna toplinska energija je:
Q=mcΔT
Q=1,200 × 3,6 × 25=108,000 kJ
To je približno 30 kWh.
S grijačem od 15 kW, idealno razumno-vrijeme grijanja bilo bi:
30 ÷ 15=2 sati
Stvarno vrijeme zagrijavanja bit će duže zbog gubitaka-stjenke spremnika, površinskog isparavanja, cjevovoda, opterećenja obratka i drugih toplinskih gubitaka.
Izračun pomaže utvrditi je li potrebna snaga grijača u skladu sa željenim vremenom pokretanja ili oporavka.
Više grijaćih zona može poboljšati kontrolu
Za vrlo duboke spremnike, nekoliko neovisno kontroliranihPTFE uronjeni grijačzone mogu pružiti veću fleksibilnost nego jedan kontinuirano napajan dio grijanja.
Odvojene zone mogu pomoći u usklađivanju toplinskog unosa s različitim regijama spremnika ili kompenzirati nejednake gubitke topline.
Međutim, višestruke zone također zahtijevaju više električne kontrole i nadzora temperature. Dodatnu složenost treba opravdati toplinskim ponašanjem procesa.
Podaci o odabiru za duboke procesne spremnike
Potpuna specifikacija treba uključivati:
Dubina i promjer spremnika
Normalna i minimalna razina tekućine
Potrebna snaga grijanja
Ciljana temperatura i dopuštena varijacija
Kemijska koncentracija
Viskoznost tekućine
Metoda cirkulacije
Aktivna duljina grijača
Položaj grijača
Lokacije-senzora temperature
Opskrba električnom energijom
Radni ciklus
Održavanje temperature u dubokom spremniku stoga nije samo stvar povećanja snage grijača. PrikladanPTFE uronjeni grijačmoraju postaviti grijaću površinu na mjesto gdje se toplina može učinkovito prenijeti u procesnu tekućinu uz održavanje odgovarajuće cirkulacije i sigurne dubine uranjanja.
Za duboke, uske ili toplinski ne{0}}ujednačene spremnike, prilagođena duljina grijača i raspored više-zona mogu se razviti oko stvarne razine tekućine, uzorka cirkulacije, opterećenja grijanja i dostupnog prostora za ugradnju.
