Obrat za končno obdelavo kovin je potreboval dimenzioniranje nadomestnega PTFE potopnega grelnika za 2000-litrsko posodo za eloksiranje s kromovo kislino. Kopel je delovala pri 55 stopinjah, naprava pa je zahtevala štiriurni čas segrevanja od 20 stopinj. Obstoječi grelec je bil premajhen in rezervoar ni nikoli dosegel nastavljene vrednosti med največjo proizvodnjo. Vzdrževalna ekipa je morala izračunati pravilno moč, preden je naročila zamenjavo.
Dimenzioniranje potopnega grelnika iz PTFE za posodo s kromovo kislino zahteva tri izračune: toplotno-obremenitev, vzdrževalno obremenitev in površino, potrebno za varno gostoto v vatih. Vsak izračun je odvisen od kemije kopeli, dimenzij rezervoarja in delovnih pogojev.
1. korak: Izračunajte toplotno-obremenitev
Toplotna-obremenitev je energija, ki je potrebna za dvig kopeli od okolja do nastavljene vrednosti v želenem času. Formula je: kW=(litri × ΔT × Cp × gostota) / (3600 × ure).
Za 2.000-litrsko kopel s kromovo kislino z gostoto 1.150 kg/m³ in specifično toploto 3,75 kJ/kg·K zahteva segrevanje z 20 stopinj na 55 stopinj v štirih urah približno 23 kW. Če dodamo 20 % za izgube med segrevanjem, dobimo 28 kW.
| Prostornina rezervoarja | Dvig temperature | Čas-ogrevanja | Ogrevalna-obremenitev | Z 20-odstotno maržo izgube |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 stopinj | 4 ure | 11,5 kW | 14 kW |
| 1,500 L | 35 stopinj | 4 ure | 17,2 kW | 21 kW |
| 2,000 L | 35 stopinj | 4 ure | 23,0 kW | 28 kW |
| 2,500 L | 35 stopinj | 4 ure | 28,7 kW | 34 kW |
| 3,000 L | 35 stopinj | 4 ure | 34,5 kW | 41 kW |
Toplotna -obremenitev za kopeli s kromovo kislino pri 1150 kg/m³ in 3,75 kJ/kg·K
2. korak: Izračunajte vzdrževalno obremenitev
Vzdrževalna obremenitev je energija, potrebna za vzdrževanje nastavljene vrednosti pred stalnimi izgubami. Za 2000-litrski rezervoar pri 55 stopinjah so izgube v stenah 1,5–2,5 kW, površinske izgube 0,8–1,5 kW, proizvodna obremenitev pa 1–3 kW. Skupna vzdrževalna obremenitev je 3,3–7,0 kW.
Grelnik mora biti dimenzioniran za večjo toplotno-obremenitev ali vzdrževalno obremenitev. Za ta rezervoar je toplotna -obremenitev 28 kW večja.
3. korak: Izračunajte zahtevano površino
Površina je odvisna od moči in varne gostote vatov za kromovo kislino. Za PTFE potopni grelnik v kromovi kislini pri 55 stopinjah je varna vatna gostota 1,0–1,2 W/cm².
Za delovanje z močjo 28 kW pri 1,0 W/cm² je potrebna površina 28.000 cm². En sam ravni grelnik s premerom plašča 50 mm bi potreboval 17.834 mm ogrevane dolžine-veliko dlje kot kateri koli običajni rezervoar. Potrebna je več{10}}konfiguracija ali več grelnikov.
| Moč | Varna vatna gostota | Zahtevana površina | Ogrevana dolžina pri 50 mm ovoju | Multi{0}}Konfiguracija prehodov |
|---|---|---|---|---|
| 15 kW | 1,0 W/cm² | 15.000 cm² | 9.554 mm | 6 prehodov × 1.592 mm |
| 20 kW | 1,0 W/cm² | 20.000 cm² | 12.739 mm | 8 prehodov × 1.592 mm |
| 25 kW | 1,0 W/cm² | 25.000 cm² | 15.924 mm | 10 prehodov × 1.592 mm |
| 28 kW | 1,0 W/cm² | 28.000 cm² | 17.834 mm | 12 prehodov × 1486 mm |
| 30 kW | 1,0 W/cm² | 30.000 cm² | 19.108 mm | 12 prehodov × 1.592 mm |
Zahteve za konfiguracijo površine in več{0}}prehodov za kromovo kislino pri 1,0 W/cm²
4. korak: Preverite globino potopitve in prileganje rezervoarja
Grelec se mora prilegati rezervoarju in ostati popolnoma potopljen pri minimalni ravni tekočine. 2.000-litrski rezervoar z merami 1.500 × 1.200 × 1.100 mm ima uporabno ogrevano dolžino približno 800–900 mm. Večprehodni grelec z 12 prehodi po 1.486 mm ne more pristati v enem rezervoarju.
Praktična rešitev je uporaba več grelnikov, razporejenih po obodu rezervoarja. Trije grelci, vsak z močjo 10 kW pri 1,0 W/cm², zagotavljajo skupno 30 kW. Vsak grelnik ima več-konfiguracijo, ki ustreza razpoložljivemu prostoru.
5. korak: Preverite vatno gostoto in temperaturo površine
Gostota vatov se izračuna iz skupne moči in skupne površine. Za 28 kW in 28.000 cm² je gostota vatov 1,0 W/cm². Pri 1,0 W/cm² v zmerno mešani kopeli s kromovo kislino pri 55 stopinjah je površinska temperatura približno 75–80 stopinj. To je znotraj varnega območja za PTFE.
Če izračunana površinska temperatura preseže 85 stopinj, je treba zmanjšati gostoto v vatih in povečati površino.
Ko standardni grelniki ne morejo izpolniti zahtev glede moči in površine
Veliki rezervoarji za kromovo kislino z visokimi toplotnimi -obremenitvami pogosto ne morejo sprejeti standardnih potopnih grelnikov iz PTFE pri nizkih vatnih gostotah, ki jih zahteva kemija. Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z več grelci, veliko površino in nizko gostoto vatov odpravlja glavni vzrok za neskladje med močjo in površino. Postopek specifikacije zahteva prostornino rezervoarja, kemijo kopeli, delovno temperaturo, ciljni-čas ogrevanja in zahtevano moč. Za objekte z velikimi rezervoarji za kromovo kislino ta-pristop, specifičen za aplikacijo, zagotavlja, da grelnik zagotavlja zahtevano moč pri varni površinski temperaturi.
