Postrojenje za završnu obradu metala trebalo je dimenzionirati zamjenski PTFE uronjeni grijač za 2000-litarski spremnik za eloksiranje kromne kiseline. Kupka je radila na 55 stupnjeva, a postrojenje je zahtijevalo vrijeme zagrijavanja od četiri sata od 20 stupnjeva. Postojeći grijač bio je premali, a spremnik nikada nije dosegao zadanu vrijednost tijekom najveće proizvodnje. Tim za održavanje trebao je izračunati točnu snagu prije naručivanja zamjene.
Dimenzioniranje PTFE uronjenog grijača za spremnik kromne kiseline zahtijeva tri proračuna: toplinsko-opterećenje, opterećenje održavanja i površina potrebna za sigurnu gustoću vata. Svaki izračun ovisi o kemijskom sastavu kupke, dimenzijama spremnika i radnim uvjetima.
Korak 1: Izračunajte toplinsko-opterećenje
Opterećenje grijanjem je energija potrebna za podizanje kupelji od temperature okoline do zadane vrijednosti u željenom vremenu. Formula je: kW=(litre × ΔT × Cp × gustoća) / (3600 × sati).
Za kupku kromne kiseline od 2000-l gustoće od 1150 kg/m³ i specifične topline od 3,75 kJ/kg·K, zagrijavanje od 20 stupnjeva do 55 stupnjeva u četiri sata zahtijeva približno 23 kW. Dodavanje 20% za gubitke tijekom zagrijavanja daje 28 kW.
| Volumen spremnika | Porast temperature | Vrijeme-zagrijavanja | Opterećenje-grijanjem | S maržom gubitka od 20%. |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 stupnjeva | 4 sata | 11,5 kW | 14 kW |
| 1,500 L | 35 stupnjeva | 4 sata | 17,2 kW | 21 kW |
| 2,000 L | 35 stupnjeva | 4 sata | 23,0 kW | 28 kW |
| 2,500 L | 35 stupnjeva | 4 sata | 28,7 kW | 34 kW |
| 3,000 L | 35 stupnjeva | 4 sata | 34,5 kW | 41 kW |
Toplinsko-opterećenje za kupke s kromnom kiselinom od 1150 kg/m³ i 3,75 kJ/kg·K
Korak 2: Izračunajte opterećenje održavanja
Opterećenje održavanja je energija potrebna za održavanje zadane vrijednosti protiv tekućih gubitaka. Za spremnik od 2000 litara na 55 stupnjeva, gubici u zidu su 1,5–2,5 kW, površinski gubici su 0,8–1,5 kW, a proizvodno opterećenje je 1–3 kW. Ukupno opterećenje održavanja je 3,3–7,0 kW.
Grijač bi trebao biti dimenzioniran za veće opterećenje grijanjem-ili opterećenje održavanja. Za ovaj spremnik, toplinsko -opterećenje od 28 kW je veće.
Korak 3: Izračunajte potrebnu površinu
Površina ovisi o snazi i sigurnoj gustoći vata za kromnu kiselinu. Za PTFE potopni grijač u kromnoj kiselini na 55 stupnjeva, sigurna gustoća u vatima je 1,0–1,2 W/cm².
Za rad od 28 kW pri 1,0 W/cm², potrebna površina je 28 000 cm². Jednostruki ravni grijač s promjerom plašta od 50 mm trebao bi 17 834 mm grijane duljine-daleko duže od bilo kojeg normalnog spremnika. Potrebna je više{10}}konfiguracija ili više grijača.
| Snaga | Sigurna gustoća u vatima | Potrebna površina | Grijana duljina na omotaču od 50 mm | Konfiguracija više-prolaza |
|---|---|---|---|---|
| 15 kW | 1,0 W/cm² | 15 000 cm² | 9 554 mm | 6 prolaza × 1592 mm |
| 20 kW | 1,0 W/cm² | 20 000 cm² | 12 739 mm | 8 prolaza × 1592 mm |
| 25 kW | 1,0 W/cm² | 25 000 cm² | 15 924 mm | 10 prolaza × 1592 mm |
| 28 kW | 1,0 W/cm² | 28 000 cm² | 17.834 mm | 12 prolaza × 1486 mm |
| 30 kW | 1,0 W/cm² | 30 000 cm² | 19 108 mm | 12 prolaza × 1592 mm |
Zahtjevi za konfiguraciju površine i više{0}}prolaza za kromnu kiselinu pri 1,0 W/cm²
Korak 4: Provjerite dubinu uranjanja i prikladnost spremnika
Grijač mora odgovarati spremniku i ostati potpuno potopljen na minimalnoj razini tekućine. Spremnik od 2000{12}litar dimenzija 1500 × 1200 × 1100 mm ima korisnu grijanu duljinu od približno 800–900 mm. Višeprolazni grijač s 12 prolaza po 1486 mm ne može stati u jedan spremnik.
Praktično rješenje je korištenje više grijača raspoređenih po obodu spremnika. Tri grijača, svaki s 10 kW pri 1,0 W/cm², daju ukupno 30 kW. Svaki grijač ima više-konfiguraciju koja odgovara raspoloživom prostoru.
Korak 5: Provjerite gustoću u vatima i temperaturu površine
Gustoća vata izračunava se iz ukupne snage u vatima i ukupne površine. Za 28 kW i 28 000 cm², gustoća u vatima je 1,0 W/cm². Pri 1,0 W/cm² u umjereno miješanoj kupelji kromne kiseline na 55 stupnjeva, temperatura površine je približno 75-80 stupnjeva. To je unutar sigurnog raspona za PTFE.
Ako izračunata temperatura površine prelazi 85 stupnjeva, gustoću vata treba smanjiti, a površinu povećati.
Kada standardni grijači ne mogu zadovoljiti zahtjeve za snagom i površinom
Veliki spremnici kromne kiseline s velikim toplinskim-opterećenjima često ne mogu primiti standardne PTFE uronjene grijače pri niskim gustoćama u vatima koje zahtijeva kemija. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s više grijača, velikom površinom i niskom gustoćom u vatima rješava glavni uzrok neusklađenosti snage i površine. Proces specifikacije zahtijeva volumen spremnika, kemiju kupke, radnu temperaturu, ciljano vrijeme zagrijavanja i potrebnu snagu u vatima. Za objekte s velikim spremnicima kromne kiseline, ovaj-pristup specifičan za primjenu osigurava da grijač isporučuje potrebnu snagu na sigurnoj površinskoj temperaturi.
