Kemična tovarna je naročila dva PTFE potopna grelnika za enake rezervoarje. Eden je imel 1,5 mm PTFE plašč. Drugi je imel 2,5 mm ovoj. Oba sta bila ocenjena za enako moč in napetost. Po osemnajstih mesecih je tanko{6}}obložen grelec še vedno dobro deloval. Grelnik z debelim-plaščem ni odpovedal-ne zaradi prepustnosti, ampak zaradi lokalnega pregrevanja. Debelejši ovoj je dodal dovolj toplotne odpornosti, da je površinsko temperaturo potisnil v območje degradacije.
Debelina plašča je ena najbolj pomembnih odločitev v specifikaciji PTFE potopnega grelnika in ena najmanj razumljenih. Debelejši ovoj zagotavlja daljšo prepustno pot in boljšo mehansko vzdržljivost. Doda pa tudi toplotno odpornost, s čimer zviša površinsko temperaturo za katero koli dano gostoto v vatih. Varna gostota vatov je odvisna od debeline plašča.
Toplotna odpornost PTFE plašča
Toplota mora prečkati PTFE plašč, preden doseže procesno tekočino. Toplotni upor plašča je sorazmeren z njegovo debelino in obratno sorazmeren z njegovo toplotno prevodnostjo. Za PTFE pri 0,25 W/m·K 1,5 mm ovoj doda padec temperature za približno 6 stopinj pri 1,0 W/cm². 2,5 mm ovoj doda približno 10 stopinj. 3,5 mm ovoj doda približno 14 stopinj.
Ti padci temperature prispevajo k konvektivnemu padcu na površini in notranjim padcem čez polnilo in kovinski ovoj. Celotna površinska--razdalja določa dejansko delovno temperaturo polimera.
| Debelina plašča | Toplotna odpornost | Površinski ΔT pri 1,0 W/cm² | Površinski ΔT pri 1,5 W/cm² | Relativna prepustna pot |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Nizka | 4 stopinja | 6 stopinj | Kratek |
| 1,5 mm | Zmerno | 6 stopinj | 9 stopinj | Zmerno |
| 2,0 mm | Zmerno–visoko | 8 stopinj | 12 stopinj | dolgo |
| 2,5 mm | visoko | 10 stopinj | 15 stopinj | dlje |
| 3,0 mm | Zelo visoko | 12 stopinj | 18 stopinj | Najdaljša |
Toplotna odpornost in prepustna pot za običajne debeline PTFE plašča
Zakaj se varna vatna gostota zmanjšuje z večanjem debeline plašča
Varna vatna gostota je vatna gostota, ki ohranja temperaturo površine znotraj varnega območja za polimer. Ko se debelina plašča poveča, se toplotni upor poveča, zato se površinska temperatura dvigne za katero koli dano vatno gostoto. Da bi temperaturo površine ohranili v varnem območju, je treba gostoto v vatih zmanjšati.
Za 1,5 mm ovoj v kopeli pri 60 stopinjah lahko gostota vatov 1,4 W/cm² vzdržuje površinsko temperaturo pod 100 stopinj. Za 2,5 mm plašč v isti kopeli varna gostota vatov pade na 1,0–1,2 W/cm². Debelejši ovoj zahteva nižjo gostoto v vatih, da doseže enako površinsko temperaturo.
| Debelina plašča | Največja vatna gostota za površino<100°C | Največja vatna gostota za površino<110°C | Največja vatna gostota za površino<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,8 W/cm² | 2,0 W/cm² | 2,2 W/cm² |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² |
Največja vatna gostota za različne debeline plašča in mejne vrednosti površinske temperature
Kompromis-med vzdržljivostjo in prenosom toplote
Debelejši ovoj zagotavlja boljšo mehansko vzdržljivost in daljšo prepustno pot. Zahteva pa tudi manjšo gostoto vatov, kar pomeni večjo površino za enako moč. Grelnik postane večji in dražji.
Optimalna debelina plašča je odvisna od uporabe. Za blago delovanje tanek ovoj (1,0–1,5 mm) zagotavlja ustrezno vzdržljivost in omogoča večjo gostoto v vatih. Za agresivne storitve zagotavlja debelejši ovoj (2,0–3,0 mm) boljšo kemično odpornost, vendar zahteva nižjo gostoto v vatih in večji grelec.
| Pogoj storitve | Priporočena debelina plašča | Največja vatna gostota | Relativna velikost grelnika |
|---|---|---|---|
| blago,<60°C, clean fluids | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,8 W/cm² | Kompakten |
| Zmerno, 60-70 stopinj | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | Zmerno |
| Agresivno, 70–80 stopinj | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | Večje |
| Zelo agresiven, 80–90 stopinj | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | Največji |
| HF ali visoko{0}}temperaturna storitev | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | Zelo velik |
Debelina plašča in priporočila za gostoto vatov glede na pogoje uporabe
Ujemanje debeline plašča z vatno gostoto
Debelino plašča in gostoto v vatih je treba izbrati skupaj. Debel ovoj z visoko vatno gostoto povzroči nesprejemljivo visoko površinsko temperaturo. Tanek ovoj z nizko vatno gostoto je toplotno učinkovit, vendar morda ne zagotavlja zadostne odpornosti proti prepustnosti v agresivni kemiji.
Praktičen pristop je, da najprej izberete debelino plašča na podlagi kemije in temperature, nato pa izberete gostoto v vatih, ki ohranja temperaturo površine v varnem območju za to debelino. 2,5 mm ovoj pri 1,0 W/cm² lahko deluje pri enaki površinski temperaturi kot 1,5 mm ovoj pri 1,4 W/cm², vendar debelejši ovoj zagotavlja boljšo odpornost proti prepustnosti in mehansko vzdržljivost.
Ko standardne debeline niso dovolj
Nekatere aplikacije zahtevajo debeline plašča ali kombinacije gostote vatov, ki jih standardni grelniki ne ponujajo. Rezervoar z visoko agresivno kemijo pri povišani temperaturi bo morda potreboval 3,0 mm ovoj pri 0,8 W/cm²-kombinacija, ki zahteva veliko površino in konfiguracijo po meri.
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri omogoča optimizacijo debeline plašča in gostote vatov za specifično uporabo. Postopek specifikacije zahteva kemijo kopeli, delovno temperaturo, mehanske dejavnike tveganja in zahtevano moč. Za objekte z zahtevnimi aplikacijami ta pristop bolj natančno uravnoteži vzdržljivost in prenos toplote kot standardni izbor izdelkov.
22
Katera velikost PTFE potopnega grelnika ustreza 400 mm globoki posodi za izpiranje?
Trgovina s PCB je potrebovala nadomestni PTFE potopni grelnik za 400 mm globoko posodo za izpiranje. Rezervoar je bil širok 900 mm in dolg 1.500 mm, delovna prostornina pa je bila približno 480 litrov. Obstoječi grelnik je bil standardna ravna enota, ki je štrlela nad črto tekočine in je po 11 mesecih odpovedala. Vzdrževalna ekipa je potrebovala grelec, ki bi ustrezal plitkemu rezervoarju, vzdrževal popolno potopitev in zagotavljal zahtevano moč pri varni gostoti v vatih.
Plitvi rezervoarji predstavljajo poseben izziv pri načrtovanju potopnih grelnikov iz PTFE. Uporabna višina grelnika je omejena, zato mora grelnik uporabiti konfiguracijo v obliki črke L- ali U-, da zagotovi dovolj površine pri nizki gostoti v vatih.
Omejitev globine potopitve
400 mm globok rezervoar ne zagotavlja 400 mm uporabne višine grelnika. Raven tekočine mora biti dovolj visoka, da pokrije obdelovance, grelnik pa mora ostati popolnoma potopljen pri minimalni ravni tekočine. V praksi je uporabna ogrevana dolžina v 400 mm globokem rezervoarju 200–280 mm, odvisno od nadvodja in nihanja nivoja.
Ravni grelec z 250 mm grelne dolžine zagotavlja 250 mm ogrevane dolžine. Za delovanje 4 kW pri 1,0 W/cm² je zahtevana površina 4.000 cm². Pri premeru ovoja 32 mm je površina približno 100 cm² na 100 mm dolžine. Ogrevana dolžina 250 mm zagotavlja le 250 cm²-daleč manj od zahteve.
| Globina rezervoarja | Uporabna ogrevana dolžina | Površina pri 32 mm ovoju | Površina pri 50 mm ovoju | Ogrevana dolžina, potrebna za 4000 cm² |
|---|---|---|---|---|
| 300 mm | 150–200 mm | 150–200 cm² | 236–314 cm² | 2.000–2.667 mm |
| 400 mm | 200–280 mm | 200–280 cm² | 314–440 cm² | 1.429–2.000 mm |
| 500 mm | 300–350 mm | 300–350 cm² | 471–550 cm² | 1.143–1.333 mm |
| 600 mm | 350–450 mm | 350–450 cm² | 550–707 cm² | 889–1.143 mm |
Zahteve za ogrevano dolžino in površino za delovanje 4 kW pri 1,0 W/cm²
Rešitev grelnika v obliki črke L- ali U-
Potopni grelnik iz PTFE v obliki črke L- ali U- upogne segreti element, da se v plitev rezervoar prilega večja površina. Običajni grelnik v obliki črke L- z navpičnim delom 250 mm in vodoravnim delom 750 mm zagotavlja 1000 mm ogrevane dolžine-, kar je štirikrat večja od dolžine ravnega grelnika pri isti globini rezervoarja.
Pri premeru plašča 32 mm zagotavlja 1.000 mm ogrevane dolžine približno 1.000 cm² površine. To je še vedno premalo od 4.000 cm², potrebnih za delovanje 4 kW pri 1,0 W/cm². Potreben je večji premer plašča ali več{11}}konfiguracija.
| Konfiguracija grelnika | Ogrevana dolžina | Površina pri 32 mm | Površina pri 50 mm | Namestite v rezervoar 400 mm |
|---|---|---|---|---|
| Ravna, 250 mm | 250 mm | 250 cm² | 393 cm² | Da, vendar premajhna površina |
| V -obliki L, 250 + 750 mm | 1.000 mm | 1.000 cm² | 1.571 cm² | ja |
| V -obliki U, 250 + 500 + 250 mm | 1.000 mm | 1.000 cm² | 1.571 cm² | ja |
| Več{0}}prehod, 4 × 250 mm | 1.000 mm | 1.000 cm² | 1.571 cm² | ja |
| Več{0}}prehod, 8 × 250 mm | 2.000 mm | 2.000 cm² | 3.142 cm² | Tesno prileganje |
Konfiguracije grelnika za rezervoar globine 400 mm
Namestitev grelnika v rezervoar
Grelnik se mora prilegati razpoložljivemu prostoru, ne da bi oviral obdelovance ali pretok. V rezervoarju 900 × 1.500 mm je grelec mogoče namestiti vzdolž ene stene, tako da osrednji prostor ostane za stojalo za obdelovance. Grelnik v obliki črke L- z navpičnim prerezom 250 mm in vodoravnim prerezom 750 mm se prilega steni debeline 1500 mm.
Grelec mora biti nameščen tako, da je ogrevani del popolnoma potopljen pri minimalni ravni tekočine. Rezervoar globine 400 mm z nivojem tekočine 320 mm in prostim delom 80 mm zagotavlja 240 mm uporabne globine. Ogrevan del grelnika mora biti nameščen v spodnjih 200 mm rezervoarja, pri čemer je vrh ogrevanega dela vsaj 40 mm pod minimalno ravnjo tekočine.
Enakomernost pretoka in temperature
Grelnik v -obliki L ali več-grelnik v plitvi posodi lahko ustvari senčenje toka, če so prehodi preblizu skupaj. Tekočina med prehodi lahko zastaja, kar zmanjša prenos toplote in ustvari vroče točke. Razmik med prehodi mora biti vsaj 30–40 mm, da se omogoči pretok med njimi.
Če ima rezervoar obtočno črpalko, mora biti grelec nameščen tako, da pretok poteka skozi reže med prehodi. Če se rezervoar zanaša na naravno konvekcijo, mora biti grelnik nameščen tako, da lahko dvigajoči se toplotni oblak uide, ne da bi bil ujet.
| Pass Spacing | Pretok med prehodi | Tveganje vročih točk | Priporočena aplikacija |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Ubogi | visoko | Ni priporočljivo |
| 20–30 mm | Zmerno | Zmerno | Samo nizka vatna gostota |
| 30–40 mm | Dobro | Nizka | Večina aplikacij |
| >40 mm | Odlično | Zelo nizko | Tekočine z visoko vatno gostoto ali viskozne tekočine |
Razmik med prehodi in njegov vpliv na pretok in tveganje vročih točk
Ko standardni grelec ne more namestiti rezervoarja
400 mm globok rezervoar z močjo 4 kW pri 1,0 W/cm² zahteva več-grelnik, ki ga standardne linije izdelkov morda ne ponujajo. Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z zasnovo v obliki črke L- ali več-prehodom, premerom plašča 50 mm in razmikom med prehodi 30–40 mm obravnava temeljni vzrok prostorske omejitve. Postopek specifikacije zahteva dimenzije rezervoarja, obseg nivoja tekočine, zahtevano moč, kemijo kopeli in pogoje pretoka. Za objekte s plitvimi rezervoarji ta-specifični pristop zagotavlja zahtevano površino znotraj razpoložljivega prostora.
