Kemijska tvornica zamijenila je PTFE uronjeni grijač u kadi za nanošenje galvanizacije nakon devet mjeseci rada. Isti model grijača izdržao je četiri godine u sličnom spremniku u drugom objektu. Razlika je bila koncentracija otopljenih čvrstih tvari. Neuspješna instalacija radila je s kupkom s 350 g/L otopljenih soli, dok je uspješna instalacija radila s 120 g/L. Veća koncentracija krutih tvari povećala je viskoznost i smanjila toplinsku vodljivost tekućine, smanjujući sigurnu gustoću vata.
Otopljene čvrste tvari utječu na prijenos topline na dva načina. Oni povećavaju viskoznost tekućine, što zgušnjava toplinski granični sloj na površini grijača. Oni također smanjuju toplinsku vodljivost tekućine, što smanjuje brzinu kojom se toplina kreće kroz tekućinu. Kombinirani učinak je niži konvekcijski koeficijent prijenosa topline i viša površinska temperatura grijača za bilo koju gustoću vata.
Kako otopljene krute tvari mijenjaju svojstva tekućine
Kako se koncentracija otopljenih krutih tvari povećava, tekućina postaje viskoznija i manje toplinski vodljiva. Povećanje viskoznosti je otprilike linearno s koncentracijom za većinu soli. Smanjenje toplinske vodljivosti je manje, ali još uvijek mjerljivo.
Kupka za nanošenje s 300 g/L otopljenih soli može imati dva do tri puta veću viskoznost od vode na istoj temperaturi. Toplinska vodljivost može biti 10-15% manja. Koeficijent konvektivnog prijenosa topline, koji ovisi o oba svojstva, može biti 25-40% niži od vode.
| Otopljene čvrste tvari | Relativna viskoznost | Relativna toplinska vodljivost | Konvektivni koeficijent u odnosu na vodu | Sigurna gustoća u vatima |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 W/cm² |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 W/cm² |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 W/cm² |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 W/cm² |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 W/cm² |
Koncentracija otopljenih krutih tvari i njezin učinak na svojstva tekućine i sigurnu gustoću vata
Zašto isti model grijača ne uspijeva pri visokoj čvrstoći
Grijač koji radi na 1,2 W/cm² u kupelji s malo-krutine može imati površinsku temperaturu 15-18 stupnjeva iznad rasute tekućine. Isti grijač u-kupelji s krutim tvarima može imati površinsku temperaturu 25-35 stupnjeva iznad mase. Viša površinska temperatura ubrzava prodiranje, oksidaciju i taloženje kamenca.
Viša površinska temperatura također povećava pokretačku silu taloženja. Otopljene soli koje su blizu zasićenja na temperaturi mase mogu premašiti zasićenje na površini grijača. Oni precipitiraju na površinu, tvoreći sloj kamenca koji dodaje toplinsku otpornost i dodatno podiže površinsku temperaturu.
Praktična ograničenja gustoće u vatima za kupke-s krutim tvarima
Za kupke s otopljenim čvrstim tvarima iznad 250 g/L, sigurna gustoća u vatima je 0,8–1,0 W/cm² u uvjetima umjerenog miješanja. Za kupke iznad 350 g/L, granica pada na 0,6–0,8 W/cm². Ove vrijednosti pretpostavljaju granicu temperature površine grijača od 100–110 stupnjeva.
| Otopljene čvrste tvari | Temperatura | Sigurna gustoća u vatima | Površina za 5 kW | Očekivani vijek trajanja |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 stupnjeva | 1,4 W/cm² | 3,571 cm² | 4–6 godina |
| 100–200 g/L | 60 stupnjeva | 1,2 W/cm² | 4,167 cm² | 3–4 godine |
| 200–300 g/L | 60 stupnjeva | 1,0 W/cm² | 5000 cm² | 2–3 godine |
| 300–400 g/L | 60 stupnjeva | 0,8 W/cm² | 6 250 cm² | 18-30 mjeseci |
| >400 g/L | 60 stupnjeva | 0,6 W/cm² | 8,333 cm² | 12–24 mjeseca |
Zahtjevi za sigurnu gustoću vata i površinu prema koncentraciji otopljenih čvrstih tvari
Mjerenje otopljenih čvrstih tvari
Koncentracija otopljenih krutih tvari može se izmjeriti isparavanjem uzorka iz kupke i vaganjem ostatka. Mjerenje treba izvesti na radnoj temperaturi ili korigirati na radnu temperaturu.
Mjerač vodljivosti omogućuje brzu procjenu otopljenih krutih tvari. Vodljivost je u korelaciji s koncentracijom za većinu kupki za nanošenje galvanata. Odnos treba kalibrirati za specifičnu kemiju kupke.
Kada standardni grijači ne mogu zadovoljiti zahtjeve za gustoćom u vatima
Kupe- za oblaganje s visokim udjelom krutih tvari s visokim zahtjevima za snagom i ograničenim perifernim prostorom često ne mogu primiti standardne PTFE uronjene grijače pri niskim gustoćama u vatima koje zahtijeva kemija. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s velikom površinom, niskom gustoćom vata i položajem-optimiziranim protokom rješava glavni uzrok neusklađenosti gustoće vata. Proces specifikacije zahtijeva koncentraciju otopljenih čvrstih tvari, radnu temperaturu, dimenzije spremnika, uvjete protoka i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s-kupkama s visokim udjelom krutine, ovaj-pristup specifičan za primjenu smanjuje degradaciju premaza i produljuje radni vijek grijača.
