Kemijski spremnik može imati dovoljnu snagu grijača i još uvijek se boriti da postigne ujednačenu temperaturu procesa. Čest razlog je neadekvatna cirkulacija tekućine okoPTFE uronjeni grijač.
Kada zagrijana tekućina ostane blizu površine grijača umjesto da se kreće kroz spremnik, razvijaju se gradijenti temperature. Regulator može prijaviti ciljanu temperaturu dok hladnija područja ostaju negdje drugdje u procesnom spremniku.
Za kemijsku opremu, odabir grijača i kretanje tekućine stoga treba tretirati kao jedan problem termalnog -dizajna.
Toplina se mora odmaknuti od grijača
Potopni grijač pretvara električnu energiju u toplinsku energiju na svojoj aktivnoj površini. Okolna tekućina tada mora odnijeti tu toplinu.
Pojednostavljeni odnos prijenosa-topline je:
Q=hAΔT
gdjeQprenosi se toplina,hje efektivni koeficijent prijenosa-topline,Aje površina grijanja, iΔTje temperaturna razlika između ogrjevne površine i okolne tekućine.
Kruženje tekućine utječeh. Kada je strujanje oko grijača slabo, toplinski granični sloj može postati deblji i prijenos topline može postati manje učinkovit.
Grijač može i dalje trošiti očekivanu električnu energiju, ali raspodjela temperature unutar spremnika može postati neravnomjerna.
Prirodna konvekcija nije uvijek dovoljna
Kada tekućina u blizini grijača postane toplija, njezina se gustoća može promijeniti i može započeti prirodna konvekcija. To može stvoriti cirkulaciju bez pumpe.
Međutim, učinkovitost prirodne konvekcije ovisi o svojstvima tekućine, temperaturnoj razlici, geometriji spremnika, orijentaciji grijača i viskoznosti.
Tekućina niske{0}}viskoznosti u dubokom spremniku može relativno lako cirkulirati. Koncentrirana ili viskozna kemijska otopina može se ponašati drugačije.
Zbog toga se od grijača koji dobro radi u jednoj kemijskoj kupelji ne može automatski očekivati da će osigurati istu ujednačenost temperature u drugoj kupki s različitim svojstvima tekućine.
Mehanička cirkulacija mijenja toplinsko okruženje
Pumpe, mješalice i protok procesa mogu značajno povećati kretanje tekućine oko grijaće površine.
Važno razmatranje nije samo nazivni protok pumpe. Smjer protoka i lokalna brzina oko grijača također su važni.
Na primjer, povratni vod može stvoriti jaku cirkulaciju u blizini jedne strane spremnika, dok suprotnu stranu ostavlja relativno stagniranom.
Isto tako, grijač postavljen izravno ispred jakog protoka može doživjeti vrlo različite uvjete-prijenosa topline od drugog grijača postavljenog u kutu-niskog protoka.
Mjesto grijača stoga treba procijeniti zajedno s uzorkom cirkulacije.
Položaj grijača može utjecati na cirkulaciju
A PTFE uronjeni grijačinstaliran preblizu stijenki spremnika može ograničiti kretanje tekućine oko dijela njegove grijaće površine.
Unutarnje cijevi i strukturne komponente mogu stvoriti slične mrtve zone.
Za kompaktni spremnik potrebno je pregledati nekoliko dimenzija:
Razmak-od-grijača do zida
Udaljenost od-grijača do-dna
Udaljenost od unutarnjeg cjevovoda
Udaljenost od cirkulacijskih izlaza
Udaljenost od mjesta za utovar obratka
Orijentacija aktivnog dijela grijanja
Cilj je održati odgovarajuću izmjenu tekućine oko aktivne površine bez stvaranja nepotrebnih ograničenja protoka.
Područje grijanja i cirkulacija rade zajedno
Razmotrite ilustrativni zahtjev za grijanje od 12 kW.
| Raspored grijanja | Vlast | Aktivno područje | Prosječni toplinski tok | Stanje cirkulacije |
|---|---|---|---|---|
| Kompaktna zona | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² | Slabo |
| Distribuirana zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Umjereno |
| Distribuirana zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Jaka |
Prosječni toplinski tok izračunava se iz:
q = P/A
Ove brojke su ilustrativne, a ne univerzalna radna ograničenja.
Usporedba pokazuje zašto sama snaga ne opisuje toplinske performanse. Istih 12 kW može proizvesti različite radne uvjete ovisno o području grijanja i kretanju tekućine.
Loša cirkulacija može poremetiti kontrolu temperature
Pretpostavimo da je temperaturni senzor postavljen u dobro-izmiješanom dijelu spremnika dok se grijač nalazi u-području slabog protoka.
Senzor može sporo doseći ciljnu temperaturu, zbog čega regulator dulje održava grijanje. U međuvremenu, tekućina koja neposredno okružuje grijač može postati znatno toplija od izmjerene masene temperature.
Obratna situacija također se može dogoditi kada se senzor nalazi blizu putanje jake cirkulacije dok drugo područje ostaje slabo izmiješano.
Mapiranje temperature na nekoliko točaka može pomoći u prepoznavanju ovih uvjeta tijekom puštanja u rad.
Viskoznost čini cirkulaciju važnijom
Kemijska koncentracija može utjecati na viskoznost. Kako se viskoznost povećava, kretanje tekućine može postati teže i prirodna konvekcija može oslabiti.
To može povećati važnost mehaničke cirkulacije, osobito kada je potrebna značajna snaga grijanja.
Stoga se proces s visokom viskoznošću ne bi trebao određivati pomoću pretpostavki o cirkulaciji-kao što je voda bez provjere stvarnih svojstava tekućine.
Toplinski dizajn treba zajedno uzeti u obzir gustoću, viskoznost, specifični toplinski kapacitet, radnu temperaturu i metodu cirkulacije.
Kako ocijeniti nakladu tijekom selekcije
U specifikaciju opreme može se uključiti nekoliko praktičnih pitanja:
Koja je normalna brzina protoka procesa?
Gdje tekućina ulazi i izlazi iz spremnika?
Je li dostupno mehaničko miješanje?
Koja područja spremnika imaju slabu cirkulaciju?
Gdje će biti instaliran grijač?
Gdje će se mjeriti temperatura?
Mijenja li se viskoznost značajno s temperaturom ili koncentracijom?
Ovi detalji pomažu odrediti je li prikladnija jedna raspodijeljena zona grijanja ili nekoliko manjih zona.
Prije povećanja snage treba uzeti u obzir cirkulaciju
Ako spremnik ima lošu ujednačenost temperature, jednostavno povećanje snage grijača može povećati lokalno toplinsko opterećenje bez rješavanja temeljnog problema cirkulacije.
Bolji pristup je zajedno ispitati površinu grijaće površine, položaj grijača, smjer protoka,-položaj temperaturnog senzora i svojstva tekućine.
Za aPTFE uronjeni grijač, učinkovit prijenos topline ne ovisi samo o električnom unosu. Adekvatno kretanje tekućine pomaže u prijenosu topline s PTFE površine u procesni volumen i podržava dosljedniju temperaturu kupke.
Kada je cirkulacija ograničena, geometrija spremnika nepravilna ili kemijska otopina ima visoku viskoznost, može se razviti prilagođeni raspored grijača oko stvarnog uzorka protoka, aktivnog područja grijanja, dubine uranjanja i potrebne temperature procesa.
