Kemijski spremnik može sadržavati isti volumen tekućine, ali se ponašati vrlo različito od jedne proizvodne serije do druge. Promjene u koncentraciji kemikalija mogu promijeniti gustoću tekućine, viskoznost, toplinski kapacitet i cirkulaciju. Ove promjene izravno utječu na to kako aPTFE uronjeni grijačprenosi toplinu u kadu.
Za inženjere koji dimenzioniraju opremu za grijanje, gustoću tekućine stoga treba razmatrati zajedno s koncentracijom i toplinskim svojstvima, a ne tretirati kao izoliranu specifikaciju.
Gustoća mijenja stvarnu masu koja se zagrijava
Kapacitet spremnika obično se izražava u litrama ili kubičnim metrima, dok izračuni grijanja ovise o masi.
Osnovni odnos je:
m = ρV
gdjemje tekuća masa,ρje gustoća, iVje volumen tekućine.
Na primjer, spremnik od 1000 L koji sadrži otopinu gustoće 1,20 kg/L sadrži približno 1200 kg tekućine.
Ako isti spremnik sadrži otopinu niže-gustoće od 1,00 kg/L, masa tekućine je samo oko 1000 kg.
Ova razlika utječe na količinu energije potrebnu za podizanje temperature kupke.
Za razumno grijanje:
Q=mcΔT
Stoga dvije tekućine koje zauzimaju isti volumen spremnika mogu zahtijevati različitu energiju grijanja ako se njihove gustoće i specifični toplinski kapaciteti razlikuju.
Sama gustoća ne određuje prijenos topline
Uobičajeni inženjerski nesporazum je pretpostavka da veća gustoća automatski znači slabiji ili bolji prijenos topline.
Gustoća je samo jedan dio slike svojstava-tekućine.
Prijenos topline oko PTFE uronjenog grijača također je pod utjecajem viskoznosti, specifičnog toplinskog kapaciteta, toplinske vodljivosti, brzine tekućine, geometrije grijača i temperaturne razlike.
Pojednostavljeni odnos je:
Q=hAΔT
Ovdje,hpredstavlja efektivni{0}}koeficijent prijenosa topline iApredstavlja aktivno grijaće područje.
Gustoća može utjecati na ponašanje tekućine, ali ne daje izravno vrijednosth. Kretanje tekućine i viskoznost mogu biti jednako važni.
Koncentrirane otopine mogu promijeniti nekoliko svojstava zajedno
U mnogim kemijskim procesima, gustoća raste kako se povećava koncentracija otopljene kemikalije. U isto vrijeme, viskoznost i specifični toplinski kapacitet mogu se promijeniti.
To stvara učinak kombiniranog dizajna.
Koncentrirana otopina može sadržavati više mase po jedinici volumena, povećavajući osjetljivo-opterećenje grijanjem. Ako se viskoznost također poveća, cirkulacija oko grijača može postati manje učinkovita.
Rezultat može biti proces u kojem ista nazivna snaga grijača proizvodi drugačiji temperaturni odziv nakon promjene koncentracije kemikalije.
Iz tog razloga izračuni grijanja temeljeni samo na volumenu spremnika mogu postati netočni za koncentrirane kemijske otopine.
Zašto je površina grijača još uvijek važna
Pretpostavimo da proces zahtijeva 12 kW snage grijanja.
Kompaktni grijač s malom aktivnom površinom i duži grijač s većom aktivnom površinom mogu dati 12 kW električne energije. Međutim, njihov prosječni površinski toplinski tok će se razlikovati.
Pojednostavljeni izračun je:
q = P/A
gdjeqje prosječni toplinski tok.
Razmotrite dvije ilustrativne konfiguracije:
| Raspored grijača | Vlast | Aktivno područje grijanja | Prosječni toplinski tok |
|---|---|---|---|
| Kompaktna konfiguracija | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Distribuirana konfiguracija | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Ove vrijednosti su ilustrativne i ne predstavljaju univerzalna radna ograničenja PTFE-a.
Distribuirani raspored može osigurati niži prosječni površinski toplinski tok, ali stvarna izvedba i dalje ovisi o cirkulaciji, geometriji instalacije, kemiji kade i konstrukciji grijača.
Kretanje tekućine može postati ograničavajući faktor
Kada se gusta ili viskozna kemijska otopina sporo kreće, toplina se može akumulirati oko površine grijača brže nego što se prenosi u okolnu kadu.
To može stvoriti lokalnu temperaturnu razliku između tekućine neposredno oko grijača i rasute otopine.
Senzor temperature spremnika može i dalje javljati željenu prosječnu temperaturu dok je površina grijača pod bitno drugačijim uvjetima.
Mehaničko miješanje, cirkulaciju crpke, razmak grijača i mjesto ugradnje stoga treba procijeniti zajedno.
Za velike kemijske spremnike, raspodjela zona grijanja također može pomoći u izbjegavanju koncentracije toplinskog opterećenja u jednom području.
Gustoća bi trebala biti uključena u-izračun vremena grijanja
Razmotrimo ilustrativnu kemijsku otopinu od 1500 L s gustoćom od 1,15 kg/L. Približna masa tekućine je:
m=1.15 × 1,500=1,725 kg
Ako se pretpostavi da je specifični toplinski kapacitet 3,2 kJ/(kg·K), a potrebno povećanje temperature je 30 stupnjeva:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
To je jednako približno 46 kWh osjetljive toplinske energije.
Grijač od 20 kW bi teoretski trebao oko 2,3 sata u idealnim uvjetima. Stvarno vrijeme zagrijavanja bilo bi dulje jer stijenke spremnika, cjevovod, obradaci, isparavanje i gubici topline u okolišu također troše energiju.
Izračun pokazuje zašto gustoću i specifični toplinski kapacitet treba uključiti pri procjeni toplinskog kapaciteta.
Koje podatke treba dati za odabir grijača?
Za kemijski proces koji koristi aPTFE uronjeni grijač, korisne informacije o tekućini uključuju:
Gustoća ili specifična težina tekućine
Kemijska koncentracija
Specifični toplinski kapacitet
Viskoznost
Toplinska vodljivost ako je dostupna
Raspon radne temperature
Potrebna brzina zagrijavanja
Metoda cirkulacije ili agitacije
Normalna i minimalna razina tekućine
Dimenzije spremnika
Gustoću je stoga najbolje tretirati kao dio šireg toplinskog-profila svojstva.
Kada se gustoća značajno mijenja s koncentracijom kemikalije, dimenzioniranje grijača treba provjeriti u stvarnom radnom rasponu, a ne u odnosu na jedno nominalno stanje. Kombinacija svojstava tekućine s površinom grijanja, raspodjelom snage, cirkulacijom i geometrijom spremnika daje pouzdaniju osnovu za odabir PTFE uronjenog grijača i prilagođeni industrijski dizajn.
