Veza temperature-struje i gustoće
Specifikacije gustoće struje galvanizacije pretpostavljaju određenu temperaturu kupke. Kinetika elektrokemijske reakcije, vodljivost otopine i brzina difuzije ovise o temperaturi. Kupka na 55 stupnjeva razlikuje se od iste kupke na 50 stupnjeva, čak i s identičnim postavkama ispravljača.
Kada se proizvodni protok poveća, ispravljač daje veću amperažu. Veća struja znači više ohmičkog zagrijavanja u otopini. Temperatura kupke raste osim ako rashladni sustav ne ukloni dodatnu toplinu. Nasuprot tome, tijekom razdoblja niske-proizvodnje, smanjena struja znači manje-samozagrijavanje. PTFE izmjenjivač topline mora dodati više topline za održavanje temperature.
Sustav grijanja i ispravljač povezani su preko temperature kupke. Neusklađena veličina uzrokuje temperaturni pomak koji mijenja svojstva naslaga. Inženjer koji dimenzionira PTFE izmjenjivač topline mora razumjeti punu toplinsku ravnotežu, uključujući doprinos ispravljača.
Jednadžba toplinske ravnoteže
Toplinska bilanca spremnika za oplatu uključuje više ulaza i gubitaka. Ispravljač osigurava otporno grijanje: otprilike 70-85% električne energije dovedene u kadu pretvara se u toplinu. Ispravljač od 10 000 ampera koji radi na 8 volti isporučuje 80 kW električne energije, od čega otprilike 60-68 kW postaje toplina.
Dodatni ulazi topline uključuju rad crpke (manji, obično 1-3 kW), toplinu kemijske reakcije (egzotermna ili endotermna, često zanemariva) i unos pare PTFE izmjenjivača topline.
Gubici topline uključuju isparavanje s površine kupke (značajno, 5-15 kW za velike otvorene spremnike), zračenje i konvekciju sa stijenki spremnika, ispušnu ventilaciju koja odvodi zagrijani zrak i hladne izratke koji ulaze u kadu.
PTFE izmjenjivač topline mora zadovoljiti razliku između ukupnih toplinskih gubitaka i zbroja svih ostalih toplinskih dobitaka. Kada je ispravljač pod punim opterećenjem, on daje najveći dio potrebne topline. Izmjenjivač će možda trebati samo nadoknaditi gubitke isparavanjem. U praznom hodu bez opterećenja ispravljača, izmjenjivač mora osigurati sve gubitke topline kako bi održao temperaturu.
Tablica 1: Toplinska ravnoteža za poniklani spremnik od 8000 litara pri različitim opterećenjima ispravljača
| Radni uvjeti | Unos topline ispravljača (kW) | Gubitak isparavanjem (kW) | Gubitak zida/ventilacije (kW) | Potrebna snaga PTFE grijača (kW) |
|---|---|---|---|---|
| Puna proizvodnja (8000 A) | 55 | 12 | 15 | 0 (višak topline uklonjen hlađenjem) |
| Pola proizvodnje (4000 A) | 27 | 10 | 13 | 0 (blizu ravnoteže) |
| Prazan hod (0 A, održavanje 55 stupnjeva) | 0 | 5 | 12 | 17 |
| Hladno pokretanje (20 stupnjeva do 55 stupnjeva) | 0 | 0 | 3 | 75 (rad-zagrijavanja) |
Toplinska ravnoteža za tipičnu Watts kupku od nikla. Kruženje ohlađene vode rješava višak topline pri punoj proizvodnji. PTFE grijač veličine za rad pri pokretanju.
Dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline za promjenjivo opterećenje
PTFE izmjenjivač topline mora zadovoljiti najveće potrebe za grijanjem u radnom ciklusu. Za većinu linija za galvaniziranje ovo je stanje hladnog pokretanja: zagrijavanje cijelog volumena kupelji od temperature okoline do radne temperature unutar određenog vremena.
Dužnost pokretanja nadmašuje rad-stacionarnog mirovanja. Primjer spremnika od 8000 litara zahtijeva 75 kW za pokretanje, ali samo 17 kW za održavanje u praznom hodu. PTFE izmjenjivač dimenzioniran za pokretanje od 75 kW više je nego prikladan za sve ostale uvjete. Tijekom pune proizvodnje, izmjenjivač se može izolirati ili modulirati na nulti protok pare dok hlađenje uklanja višak topline ispravljača.
Kontrolni sustav upravlja prijelazom. Regulator temperature osjeća temperaturu kupelji i modulira parni ventil na PTFE izmjenjivač. Kada toplina ispravljača podigne temperaturu kupke iznad zadane vrijednosti, parni ventil se zatvara. Ako temperatura nastavi rasti, aktivira se sustav hlađenja. Ova kaskadna kontrola održava temperaturu unutar ±1 stupnja kroz sve stope proizvodnje.
Mogućnost spuštanja
PTFE izmjenjivači topline toleriraju široke omjere smanjenja bez problema s performansama. Za razliku od metalnih izmjenjivača koji mogu doživjeti koroziju-povezanu s kondenzatom pri niskom protoku pare, kondenzat kemijski ne utječe na PTFE. Parni ventil može modulirati od nule do punog protoka prema potrebi.
Za aplikacije s ekstremnim zahtjevima za smanjivanjem, konfiguracija podijeljene-zavojnice pruža finiju kontrolu. Dva neovisna kruga PTFE svitka dijele spremnik. Kontroler upravlja jednim krugom za osnovno opterećenje, stavljajući drugi krug na mrežu tijekom pokretanja ili razdoblja velike-zahtjeve. Ovakav raspored poboljšava preciznost kontrole temperature pri niskom unosu topline.
Sažetak
Kapacitet PTFE izmjenjivača topline mora odgovarati cijelom rasponu radnih uvjeta ispravljača. Dominantno dimenzioniranje je tipično hladno pokretanje, a ne stalan-rad. Izračuni toplinske ravnoteže uključujući ulaz ispravljača, isparavanje i gubitke u zidu određuju potrebni rad izmjenjivača.
PTFE izmjenjivač osigurava dodatnu toplinu tijekom razdoblja mirovanja i niske -proizvodnje. Pri punoj proizvodnji, višak topline ispravljača može zahtijevati hlađenje. Kontrolni sustav kaskadira grijanje i hlađenje kako bi održao temperaturu kroz sve stope proizvodnje.
Inženjerska analiza za dimenzioniranje PTFE izmjenjivača topline s integracijom topline ispravljača dostupna je nakon podnošenja volumena spremnika, radne temperature, izlaznog raspona ispravljača, rasporeda proizvodnje, zahtjeva vremena pokretanja i pojedinosti o postojećem sustavu grijanja ili hlađenja.
