Zbiornik na chemikalia może mieć wystarczającą moc grzałki i nadal mieć trudności z osiągnięciem jednolitej temperatury procesu. Częstą przyczyną jest niewystarczająca cyrkulacja cieczy wokółGrzałka zanurzeniowa z PTFE.
Kiedy ogrzana ciecz pozostaje blisko powierzchni grzejnika, zamiast przepływać przez zbiornik, powstają gradienty temperatury. Sterownik może zgłosić temperaturę docelową, podczas gdy zimniejsze obszary pozostają w innym miejscu zbiornika procesowego.
W przypadku sprzętu chemicznego dobór grzejnika i ruch cieczy należy zatem traktować jako jeden problem-projektu termicznego.
Ciepło musi odejść od grzejnika
Grzałka zanurzeniowa przekształca energię elektryczną w energię cieplną na swojej powierzchni czynnej. Otaczająca ciecz musi następnie odprowadzać to ciepło.
Uproszczona zależność-przenikania ciepła to:
Q=hAΔT
GdzieQjest przenoszone ciepło,hto efektywny współczynnik-przenikania ciepła,Ato powierzchnia grzewcza, orazΔTjest różnicą temperatur pomiędzy powierzchnią grzewczą a otaczającą cieczą.
Wpływa na krążenie cieczyh. Kiedy przepływ wokół grzejnika jest słaby, termiczna warstwa graniczna może stać się grubsza, a przenoszenie ciepła może stać się mniej efektywne.
Grzejnik może nadal zużywać oczekiwaną moc elektryczną, ale rozkład temperatury wewnątrz zbiornika może stać się nierówny.
Naturalna konwekcja nie zawsze wystarczy
Gdy ciecz w pobliżu grzejnika stanie się cieplejsza, jej gęstość może się zmienić i może rozpocząć się naturalna konwekcja. Może to spowodować cyrkulację bez pompy.
Jednakże skuteczność konwekcji naturalnej zależy od właściwości płynu, różnicy temperatur, geometrii zbiornika, orientacji grzejnika i lepkości.
Ciecz o niskiej-lepkości w głębokim zbiorniku może stosunkowo łatwo krążyć. Stężony lub lepki roztwór chemiczny może zachowywać się inaczej.
Z tego powodu nie można oczekiwać, że grzejnik, który dobrze działa w jednej kąpieli chemicznej, automatycznie zapewni taką samą jednorodność temperatury w innej kąpieli o różnych właściwościach płynu.
Cyrkulacja mechaniczna zmienia środowisko termiczne
Pompy, mieszadła i przepływ procesowy mogą znacznie zwiększyć ruch cieczy wokół powierzchni grzewczej.
Ważnym czynnikiem nie jest tylko nominalne natężenie przepływu pompy. Kierunek przepływu i lokalna prędkość wokół grzejnika również mają znaczenie.
Na przykład linia powrotna może wytworzyć silną cyrkulację w pobliżu jednej strony zbiornika, pozostawiając drugą stronę stosunkowo nieruchomą.
Podobnie grzejnik zainstalowany bezpośrednio przed silnym strumieniem wylotowym może podlegać bardzo różnym-warunkom przekazywania ciepła w porównaniu z innym grzejnikiem umieszczonym w rogu o niskim-przepływie.
Dlatego lokalizację grzejnika należy ocenić łącznie ze schematem cyrkulacji.
Pozycja grzejnika może wpływać na cyrkulację
A Grzałka zanurzeniowa z PTFEzainstalowany zbyt blisko ściany zbiornika może ograniczyć ruch cieczy wokół części jego powierzchni grzewczej.
Rury wewnętrzne i elementy konstrukcyjne mogą tworzyć podobne martwe strefy.
W przypadku zbiornika kompaktowego należy sprawdzić kilka wymiarów:
Odległość grzejnika od--ściany
Nagrzewnica-do-prześwitu na dole
Odległość od rurociągów wewnętrznych
Odległość od wylotów komunikacyjnych
Odległość od obszarów załadunku przedmiotu obrabianego
Orientacja aktywnej sekcji grzewczej
Celem jest utrzymanie odpowiedniej wymiany cieczy wokół powierzchni aktywnej bez tworzenia niepotrzebnych ograniczeń przepływu.
Obszar ogrzewania i cyrkulacja współpracują ze sobą
Rozważmy przykładowe zapotrzebowanie na ogrzewanie wynoszące 12 kW.
| Układ grzewczy | Moc | Obszar aktywny | Średni strumień ciepła | Stan cyrkulacji |
|---|---|---|---|---|
| Strefa kompaktowa | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² | Słaby |
| Strefa rozproszona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Umiarkowany |
| Strefa rozproszona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Mocny |
Średni strumień ciepła oblicza się ze wzoru:
q = P/A
Liczby te mają charakter poglądowy, a nie uniwersalne limity operacyjne.
Porównanie pokazuje, dlaczego sama moc nie opisuje wydajności cieplnej. Te same 12 kW mogą wytwarzać różne warunki pracy w zależności od powierzchni grzewczej i ruchu cieczy.
Słaba cyrkulacja może zakłócić kontrolę temperatury
Załóżmy, że czujnik temperatury jest umieszczony w dobrze-wymieszanej części zbiornika, podczas gdy grzejnik znajduje się w obszarze o niskim-przepływie.
Czujnik może powoli osiągać temperaturę docelową, przez co sterownik będzie dłużej utrzymywał temperaturę. Tymczasem ciecz bezpośrednio otaczająca grzejnik może stać się znacznie gorętsza niż zmierzona temperatura objętościowa.
Odwrotna sytuacja może mieć także miejsce, gdy czujnik jest umiejscowiony w pobliżu silnej ścieżki cyrkulacji, a inny obszar pozostaje słabo wymieszany.
Mapowanie temperatury w kilku punktach może pomóc w identyfikacji tych warunków podczas uruchamiania.
Lepkość sprawia, że cyrkulacja jest ważniejsza
Stężenie chemiczne może wpływać na lepkość. Wraz ze wzrostem lepkości ruch płynu może stać się trudniejszy, a naturalna konwekcja może osłabnąć.
Może to zwiększyć znaczenie cyrkulacji mechanicznej, szczególnie gdy wymagana jest znaczna moc grzewcza.
Dlatego też procesu o dużej lepkości nie należy oceniać na podstawie założeń-podobnych do cyrkulacji wody bez sprawdzenia rzeczywistych właściwości płynu.
Projekt termiczny powinien uwzględniać łącznie gęstość, lepkość, ciepło właściwe, temperaturę roboczą i metodę cyrkulacji.
Jak ocenić cyrkulację podczas selekcji
W specyfikacji sprzętu można uwzględnić kilka pytań praktycznych:
Jakie jest normalne natężenie przepływu procesu?
Gdzie ciecz wpływa i wypływa ze zbiornika?
Czy dostępne jest mieszanie mechaniczne?
Które obszary zbiornika mają słabą cyrkulację?
Gdzie zostanie zamontowany grzejnik?
Gdzie będzie mierzona temperatura?
Czy lepkość zmienia się znacząco wraz z temperaturą lub stężeniem?
Szczegóły te pomagają określić, czy bardziej odpowiednia jest jedna rozproszona strefa grzewcza, czy kilka mniejszych stref.
Przed zwiększeniem mocy należy rozważyć cyrkulację
Jeśli zbiornik ma słabą równomierność temperatury, zwykłe zwiększenie mocy grzejnika może zwiększyć lokalne obciążenie cieplne bez rozwiązania podstawowego problemu z cyrkulacją.
Lepszym podejściem jest wspólne sprawdzenie powierzchni grzewczej, położenia grzejnika, kierunku przepływu,-położenia czujnika temperatury i właściwości płynu.
DlaGrzałka zanurzeniowa z PTFE, efektywne przenoszenie ciepła zależy od czegoś więcej niż tylko poboru energii elektrycznej. Odpowiedni ruch cieczy pomaga w transporcie ciepła z powierzchni PTFE do objętości procesu i zapewnia bardziej stałą temperaturę kąpieli.
Gdy cyrkulacja jest ograniczona, geometria zbiornika jest nieregularna lub roztwór chemiczny ma dużą lepkość, można zaprojektować dostosowany układ grzejników w oparciu o rzeczywisty wzór przepływu, aktywną powierzchnię ogrzewania, głębokość zanurzenia i wymaganą temperaturę procesu.
