Kemične raztopine z visoko-viskoznostjo povzročajo drugačen problem pri segrevanju kot kopeli z nizko{1}}viskoznostjo. Grelnik lahko doseže zahtevano električno moč, vendar lahko rezervoar še vedno kaže počasno obnavljanje temperature ali velike temperaturne razlike med območjem grelnika in preostalo tekočino.
Za aPTFE potopni grelec, viskoznost vpliva na to, kako učinkovito se toplota oddaljuje od grelne površine. Moč grelnika, aktivno površino, kroženje, položaj vgradnje in geometrijo rezervoarja je zato treba upoštevati skupaj.
Zakaj viskoznost spremeni učinkovitost ogrevanja
Ko tekočina postane bolj viskozna, se poveča njen upor proti toku. Naravna konvekcija lahko postane šibkejša, medtem ko lahko tudi kroženje iz črpalk ali mešal postane manj učinkovito.
Prenos toplote iz potopnega grelnika je mogoče poenostaviti kot:
Q=hAΔT
kjerQse prenaša toplota,hje efektivni{0}}koeficient prehoda toplote,Aje aktivno ogrevanje območje, inΔTje temperaturna razlika med grelno površino in okoliško tekočino.
Ko je gibanje tekočine okoli grelnika omejeno,hse lahko zmanjša. Za prenos enake količine toplote bo morda potrebna večja temperaturna razlika.
Visoka viskoznost lahko ustvari vročo plast okoli grelnika
Visok{0}}raztopina se lahko počasi odmika od površine grelnika.
Tekočina, ki neposredno obdaja grelnik, lahko zato postane znatno toplejša od raztopine v razsutem stanju.
To ustvarja dve težavi.
Prva je temperaturna ne{0}}enotnost. Drugi je povečana toplotna obremenitev na površini grelnika.
Senzor rezervoarja, nameščen daleč od grelnika, lahko še naprej kaže temperaturo pod ciljno vrednostjo, čeprav je tekočina, ki neposredno obdaja grelno površino, že veliko bolj vroča.
Preprosto povečanje moči grelnika lahko poslabša to stanje.
Ogrevalna površina postane pomembnejša
Povprečni toplotni tok ogrevalne površine je mogoče oceniti z:
q = P/A
kjerPje električna energija inAje aktivno ogrevalno območje.
Upoštevajte ilustrativno potrebo po ogrevanju 10 kW:
| Konfiguracija | Moč | Aktivno območje ogrevanja | Povprečni toplotni tok |
|---|---|---|---|
| Kompakten grelec | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Srednje-območni grelec | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Porazdeljeni grelec | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Te številke so ilustrativni izračuni in ne univerzalne dovoljene delovne vrednosti PTFE.
Povečanje aktivne površine lahko enako električno moč porazdeli po večji površini. Ali to izboljša dejansko učinkovitost procesa, je odvisno od kroženja, kemičnih lastnosti, geometrije grelnika in dimenzij rezervoarja.
Temperaturne spremembe lahko vplivajo na viskoznost
Številne kemične tekočine postanejo manj viskozne, ko se temperatura dvigne.
To ustvari pomembno dinamiko med zagonom.
Na začetku segrevanja je lahko raztopina relativno viskozna in kroženje je lahko slabo. Ko se temperatura poveča, se lahko viskoznost zmanjša in gibanje tekočine se lahko izboljša.
Ogrevalni sistem se lahko zato med zagonom in delovanjem-v ustaljenem stanju obnaša različno.
Grelec, ki je dimenzioniran le iz stanja stabilnega-stanja, lahko zagotovi nezadostno zagonsko zmogljivost, če je začetna viskoznost bistveno višja.
Mehansko kroženje se mora ujemati s tekočino
Pri visoko{0}}viskoznih raztopinah bo morda potrebno mehansko kroženje za premikanje toplote skozi rezervoar.
Vendar samo nazivna zmogljivost črpalke ne zagotavlja učinkovitega prenosa toplote.
Pot pretoka mora doseči območje ogrevanja in prenašati segreto tekočino proti hladnejšim delom rezervoarja.
Krožni sistem, ki obide grelnik, ima lahko visok skupni pretok, medtem ko še vedno proizvaja šibek lokalni prenos toplote.
Položaj mešala, dovod črpalke, lokacijo izpusta, notranje cevi in postavitev grelnika je zato treba oceniti kot celoten sistem.
Položaj grelnika lahko zmanjša zastoječa območja
Pri grelniku, nameščenem v kotu ali blizu stene rezervoarja, se lahko pojavi šibka izmenjava tekočine.
Pri viskoznih raztopinah je ta problem lahko bolj izrazit.
Aktivna grelna površina bi morala biti idealno nameščena tam, kjer kroženje doseže grelnik iz več smeri ali kjer je procesni tok namenoma usmerjen čez grelno cono.
Odmik od dna in sten rezervoarja mora upoštevati tudi usedline, usedline in dostop za vzdrževanje.
Čas ogrevanja je mogoče oceniti iz lastnosti tekočine
Recimo, da ponazorjeni rezervoar vsebuje 600 kg kemične raztopine z visoko-viskoznostjo s specifično toplotno kapaciteto 2,8 kJ/(kg·K). Potrebno povečanje temperature je 40 stopinj.
Smiselna energija za ogrevanje je:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67, 200 kJ
To je približno 18,7 kWh.
Z grelnikom z močjo 12 kW bi bil idealen smiseln-čas ogrevanja približno:
18,7 ÷ 12=1.56 ur
Dejanski čas ogrevanja bo daljši zaradi toplotne izgube rezervoarja, cevi, izhlapevanja, obremenitve obdelovanca in drugih toplotnih učinkov.
Primer tudi kaže, zakaj je treba pri izbiri grelnika uporabiti dejansko specifično toplotno kapaciteto kemične raztopine in ne predpostaviti lastnosti vode.
Moč se mora ujemati z dejanskim-pogojem prenosa toplote
Za visoko{0}}viskozne kopeli lahko izbira grelnika s preveliko močjo ustvari težko toplotno okolje.
Boljši pristop je ravnotežje:
Zahtevana stopnja ogrevanja
Aktivno območje ogrevanja
Povprečni toplotni tok
Zmogljivost obtoka
Viskoznost kopeli
Delovna temperatura
Geometrija rezervoarja
Zahteva za enakomernost temperature
Cilj ni le največja moč ogrevanja. Uporabni cilj je zadosten prenos toplote brez pretirane lokalne toplotne koncentracije.
Katere informacije morajo biti vključene v javno naročilo?
Kemikalija z visoko{0}}visokoznostjo mora zagotoviti:
Kemična sestava
Viskoznost pri začetni temperaturi
Viskoznost pri delovni temperaturi
Specifična toplotna kapaciteta
Gostota
Ciljna temperatura
Potreben čas ogrevanja
Dimenzije rezervoarja
Metoda kroženja
Najmanjša raven tekočine
Zahtevana moč grelnika
Možnost električnega napajanja
Te informacije omogočajo aPTFE potopni greleczasnovani okoli dejanskega obnašanja tekočine in ne poenostavljene predpostavke-, ki temelji na vodi.
Za posebej viskozne raztopine, omejeno kroženje, globoke rezervoarje ali velike ogrevalne obremenitve lahko prilagojena ogrevalna površina in geometrija grelnika zagotovita boljšo porazdelitev toplote. Končna konfiguracija mora uravnotežiti toplotni tok, kroženje, globino potopitve in temperaturo postopka, da se doseže stabilno ogrevanje celotnega kemičnega rezervoarja.
