Kemični rezervoar lahko vsebuje enako količino tekočine, vendar se obnaša zelo različno od ene proizvodne serije do druge. Spremembe koncentracije kemikalij lahko spremenijo gostoto tekočine, viskoznost, toplotno kapaciteto in kroženje. Te spremembe neposredno vplivajo na to, kako aPTFE potopni grelecprenaša toploto v kopel.
Za inženirje, ki dimenzionirajo opremo za ogrevanje, je treba zato gostoto tekočine obravnavati skupaj s koncentracijo in toplotnimi lastnostmi, namesto da bi jo obravnavali kot izolirano specifikacijo.
Gostota spremeni dejansko maso, ki se segreva
Prostornina rezervoarja je običajno izražena v litrih ali kubičnih metrih, izračuni ogrevanja pa so odvisni od mase.
Osnovno razmerje je:
m = ρV
kjermje tekoča masa,ρje gostota, inVje volumen tekočine.
Na primer, 1.000 L rezervoar, ki vsebuje raztopino z gostoto 1,20 kg/L, vsebuje približno 1.200 kg tekočine.
Če isti rezervoar vsebuje raztopino z nižjo-gostoto 1,00 kg/L, je masa tekočine le okoli 1000 kg.
Ta razlika vpliva na količino energije, ki je potrebna za dvig temperature kopeli.
Za razumno ogrevanje:
Q=mcΔT
Zato lahko dve tekočini, ki zasedata enako prostornino rezervoarja, zahtevata različno toplotno energijo, če se njuni gostoti in specifični toplotni kapaciteti razlikujeta.
Sama gostota ne določa prenosa toplote
Pogost inženirski nesporazum je domneva, da večja gostota samodejno pomeni slabši ali boljši prenos toplote.
Gostota je le en del slike-lastnosti tekočine.
Na prenos toplote okoli PTFE potopnega grelnika vplivajo tudi viskoznost, specifična toplotna kapaciteta, toplotna prevodnost, hitrost tekočine, geometrija grelnika in temperaturna razlika.
Poenostavljeno razmerje je:
Q=hAΔT
tukaj,hpredstavlja efektivni-koeficient prehoda toplote inApredstavlja aktivno območje ogrevanja.
Gostota lahko vpliva na obnašanje tekočine, vendar ne zagotavlja neposredno vrednostih. Gibanje tekočine in viskoznost sta lahko enako pomembna.
Koncentrirane raztopine lahko spremenijo več lastnosti skupaj
V številnih kemičnih procesih se gostota poveča, ko se poveča koncentracija raztopljene kemikalije. Hkrati se lahko spremenita viskoznost in specifična toplotna kapaciteta.
To ustvarja učinek kombiniranega oblikovanja.
Koncentrirana raztopina lahko vsebuje več mase na prostorninsko enoto, kar poveča občutljivo-ogrevalno obremenitev. Če se poveča tudi viskoznost, lahko kroženje okoli grelnika postane manj učinkovito.
Rezultat je lahko proces, pri katerem enaka nazivna moč grelnika povzroči drugačen temperaturni odziv po spremembi koncentracije kemikalije.
Zaradi tega lahko izračuni ogrevanja, ki temeljijo samo na prostornini rezervoarja, postanejo netočni za koncentrirane kemične raztopine.
Zakaj je površina grelnika še vedno pomembna
Recimo, da proces zahteva 12 kW ogrevalne moči.
Kompakten grelec z majhno delovno površino in daljši grelec z večjo delovno površino lahko tako zagotovita 12 kW električne moči. Vendar se bo njihov povprečni površinski toplotni tok razlikoval.
Poenostavljeni izračun je:
q = P/A
kjerqje povprečni toplotni tok.
Razmislite o dveh ilustrativnih konfiguracijah:
| Ureditev grelnika | Moč | Aktivno območje ogrevanja | Povprečni toplotni tok |
|---|---|---|---|
| Kompaktna konfiguracija | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Porazdeljena konfiguracija | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Te vrednosti so ilustrativne in ne predstavljajo univerzalnih omejitev delovanja PTFE.
Porazdeljena ureditev lahko zagotovi nižji povprečni površinski toplotni tok, vendar je dejanska učinkovitost še vedno odvisna od kroženja, geometrije namestitve, kemije kopeli in konstrukcije grelnika.
Gibanje tekočine lahko postane omejevalni dejavnik
Ko se gosta ali viskozna kemična raztopina premika počasi, se lahko toplota kopiči okoli površine grelnika hitreje, kot se prenaša v okoliško kopel.
To lahko povzroči lokalno temperaturno razliko med tekočino neposredno okoli grelnika in raztopino v razsutem stanju.
Senzor temperature rezervoarja lahko še vedno poroča o želeni povprečni temperaturi, medtem ko je površina grelnika v bistveno drugačnih pogojih.
Mehansko mešanje, kroženje črpalke, razmik grelnikov in mesto namestitve je zato treba oceniti skupaj.
Pri velikih rezervoarjih za kemikalije lahko porazdelitev ogrevalnih območij tudi pomaga preprečiti koncentracijo toplotne obremenitve v enem območju.
Gostota mora biti vključena v-izračune časa ogrevanja
Razmislite o ponazoritvi 1.500 L kemične raztopine z gostoto 1,15 kg/L. Približna masa tekočine je:
m=1.15 × 1,500=1,725 kg
Če se domneva, da je specifična toplotna kapaciteta 3,2 kJ/(kg·K) in je zahtevano povečanje temperature 30 stopinj:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
To je približno 46 kWh smiselne toplotne energije.
Grelec z močjo 20 kW bi teoretično potreboval približno 2,3 ure v idealnih pogojih. Dejanski čas ogrevanja bi bil daljši, ker energijo porabljajo tudi stene rezervoarja, cevi, obdelovanci, izhlapevanje in toplotne izgube v okolju.
Izračun dokazuje, zakaj je treba pri ocenjevanju ogrevalne moči upoštevati gostoto in specifično toplotno kapaciteto.
Katere podatke je treba zagotoviti za izbiro grelnika?
Za kemični postopek z uporabo aPTFE potopni greleckoristne informacije o tekočinah vključujejo:
Gostota tekočine ali specifična teža
Kemijska koncentracija
Specifična toplotna kapaciteta
Viskoznost
Toplotna prevodnost, če je na voljo
Delovno temperaturno območje
Zahtevana stopnja ogrevanja
Metoda kroženja ali mešanja
Normalna in minimalna raven tekočine
Dimenzije rezervoarja
Gostoto je zato najbolje obravnavati kot del širšega profila toplotnih-lastnosti.
Ko se gostota bistveno spremeni s koncentracijo kemikalije, je treba velikost grelnika preveriti v dejanskem delovnem območju in ne glede na posamezno nominalno stanje. Kombinacija lastnosti tekočine z ogrevalno površino, distribucijo moči, kroženjem in geometrijo rezervoarja zagotavlja zanesljivejšo osnovo za izbiro potopnega grelnika PTFE in industrijsko oblikovanje po meri.
