Neravnomjerno zagrijavanje čest je problem u spremnicima za kemikalije. Regulator temperature može pokazati ciljnu vrijednost dok jedno područje kupke ostaje osjetno hladnije od drugog. U drugim slučajevima, naslage se pojavljuju u blizini grijača, kvaliteta proizvoda varira između položaja spremnika ili se grijač uključuje i isključuje češće od očekivanog.
Za aPTFE uronjeni grijač, neravnomjerno zagrijavanje rijetko je uzrokovano samo jednim parametrom. Geometrija grijača, gustoća snage, cirkulacija tekućine, oblik spremnika, položaj ugradnje i-lokacija temperaturnog senzora mogu pridonijeti.
Neravnomjerno zagrijavanje počinje raspodjelom topline
Potopni grijač prenosi energiju kroz svoju aktivnu grijaću površinu. Ako je snaga grijanja koncentrirana na malom području, okolna tekućina prima visok lokalni unos topline.
Prosječni površinski toplinski tok može se procijeniti pomoću:
q = P/A
gdjePje snaga grijača iAje aktivno područje grijanja.
Na primjer, grijač od 10 kW s 0,5 m² aktivne površine ima ilustrativni prosječni toplinski tok od 20 kW/m².
Druga konfiguracija od 10 kW s 1,0 m² aktivne površine imala bi prosječnu vrijednost od 10 kW/m².
Proračun ne definira univerzalni dopušteni toplinski tok. Stvarna izvedba ovisi o PTFE konstrukciji, kemiji kade, cirkulaciji, temperaturi i geometriji grijača.
Loša cirkulacija može stvoriti temperaturne zone
Kretanje tekućine jedan je od najvažnijih čimbenika koji utječu na ujednačenost temperature.
Kada je cirkulacija slaba, vruća tekućina može ostati blizu grijača, dok hladnija tekućina ostaje dalje. To stvara temperaturni gradijent unutar spremnika.
Pojednostavljen odnos prijenosa-topline je:
Q=hAΔT
Ako se kretanje tekućine oko grijaće površine smanji, efektivni koeficijent prijenosa-toplinehtakođer može smanjiti.
Sustav grijanja tada može zahtijevati veću temperaturnu razliku za prijenos iste snage u kadu.
Ovo je osobito važno za viskozne kemijske otopine ili spremnike s ograničenom prirodnom konvekcijom.
Položaj grijača može pogoršati problem
Grijač postavljen preblizu stijenki spremnika može proizvesti neravnomjerno zagrijavanje jer je kretanje tekućine oko dijela aktivne površine ograničeno.
Unutarnje cijevi, obradaci, pregrade, strukture dna-spremnika i usisni ili ispusni vodovi mogu stvoriti slične učinke.
Praktični pregled instalacije trebao bi ispitati:
Udaljenost između grijača i stijenke spremnika
Udaljenost od dna spremnika
Položaj cirkulacijskih izlaza
Položaj povratnog toka
Unutarnji cjevovod
Područje za utovar obratka
Mjesto-senzora temperature
Cilj nije samo postaviti grijač unutar spremnika, već postaviti aktivnu zonu grijanja gdje je izmjena tekućine odgovarajuća.
Položaj-senzora temperature može sakriti problem
Jedan senzor temperature možda neće predstavljati cijeli spremnik.
Na primjer, senzor smješten blizu cirkulacijskog povrata može detektirati dobro-promiješanu temperaturu dok udaljeni kut ostaje hladniji. Senzor postavljen preblizu grijača može imati suprotan problem i otkriti lokalno povišenu temperaturu.
To može uzrokovati nepotrebno uključivanje grijača ili nedovoljno grijanje drugdje.
Za velike spremnike, položaj senzora treba procijeniti zajedno s mjestom grijača i uzorkom cirkulacije. Više mjernih točaka može biti prikladno kada se očekuju značajne prostorne temperaturne razlike.
Razmak grijača je važan u većim spremnicima
VišestrukiPTFE uronjeni grijačimože pružiti više distribuiranog grijanja od jedne koncentrirane zone grijanja.
Međutim, jednostavno dodavanje grijača ne poboljšava automatski ujednačenost.
Ako je nekoliko grijača postavljeno blizu jedan drugom, toplina može ostati koncentrirana u jednom području. Ako su grijači postavljeni predaleko, mogu se razviti odvojene tople i hladne zone.
Razmak stoga treba slijediti geometriju spremnika i cirkulaciju tekućine.
Cilj pojednostavljenog dizajna je raspodijeliti zone grijanja tako da se proizvedena toplina može prenositi kroz korisni procesni volumen umjesto da se akumulira oko pojedinačnih grijača.
Praktičan primjer mapiranja-temperature
Razmotrite ilustrativni kemijski spremnik s četiri mjesta mjerenja:
| Mjerna točka | Promatrana temperatura | Moguće tumačenje |
|---|---|---|
| Blizu grijača | 68 stupnjeva | Snažan lokalni unos topline |
| Središte spremnika | 62 stupnja | Djelomično miješanje |
| Nasuprotni zid | 57 stupnjeva | Slaba cirkulacija topline |
| Blizu izlaza spremnika | 60 stupnjeva | Stanje srednjeg toka |
Ako je regulator postavljen na 60 stupnjeva, a senzor je postavljen blizu izlaza, može se činiti da sustav radi ispravno iako spremnik sadrži temperaturni raspon od 57-68 stupnjeva.
Ovaj primjer pokazuje zašto sama točnost regulatora ne jamči ujednačenost temperature.
Naslage mogu povećati toplinski otpor
Kemijske naslage na ogrjevnoj površini mogu dodatno otežati prijenos topline.
Sloj naslaga uvodi dodatni toplinski otpor između grijaćeg elementa i tekućine. Kako se taj otpor povećava, grijač će možda trebati veću unutarnju temperaturnu razliku-i-tekućine za prijenos iste snage.
Ako je naslaga nejednaka, različiti dijelovi grijača mogu raditi pod različitim toplinskim uvjetima.
Redoviti pregled i odgovarajući postupci-kontrole kupanja stoga mogu biti važni za procese sklone kristalizaciji, kamencu ili nakupljanju kemikalija.
Kako ispraviti neravnomjerno zagrijavanje
Rješavanje problema treba ispitati cijeli toplinski sustav, a ne odmah povećati snagu grijača.
Korisne provjere uključuju:
Mapiranje temperatura na nekoliko lokacija spremnika
Mjerenje stvarne cirkulacije tekućine
Provjera stanja površine grijača
Provjera razmaka grijača
Pregledavanje razmaka od-grijača do-zida
Potvrđivanje položaja-senzora temperature
Usporedba stvarne koncentracije kupke sa specifikacijom procesa
Provjera odgovara li aktivno područje grijanja potrebnoj snazi
Povećanje snage bez ispravljanja slabe cirkulacije može pogoršati lokalne temperaturne razlike.
Za aPTFE uronjeni grijač, ravnomjerno zagrijavanje ovisi o odnosu između snage, aktivne površine, kretanja tekućine, geometrije instalacije i strategije upravljanja. Kada su ovi parametri projektirani zajedno, temperaturne razlike mogu se smanjiti bez jednostavnog dodavanja prekomjernog kapaciteta grijanja.
