Dziļās apstrādes tvertnes rada atšķirīgu termisko problēmu nekā seklās ķīmiskās vannas. Augšējais šķidruma slānis var sasniegt mērķa temperatūru, bet apakšējais apgabals paliek vēsāks, it īpaši, ja cirkulācija ir vāja vai apkures zona ir koncentrēta netālu no vienas pozīcijas.
A PTFE iegremdējamais sildītājsuzstādīts dziļā tvertnē, tāpēc tas ir jāuzskata par daļu no visas termiskās cirkulācijas sistēmas. Sildītāja garums, uzstādīšanas dziļums, jaudas sadalījums, šķidruma kustība un temperatūras{1}}sensora pozīcija ietekmē temperatūras stabilitāti.
Kāpēc dziļajās tvertnēs rodas temperatūras atšķirības
Kad sildītājs paaugstina tuvumā esošā šķidruma temperatūru, dabiskā konvekcija var pārvietot siltāku šķidrumu uz augšu, bet vēsāks šķidrums virzās uz leju.
Šis mehānisms var nodrošināt noderīgu cirkulāciju, taču tā efektivitāte ir atkarīga no šķidruma blīvuma, viskozitātes, temperatūras starpības, tvertnes ģeometrijas un sildītāja stāvokļa.
Dziļā tvertnē ar ierobežotu cirkulāciju vertikālais attālums var kļūt pietiekami liels, lai saglabātos ievērojamas temperatūras atšķirības starp augšējo un apakšējo reģionu.
Tāpēc temperatūras sensors, kas novietots netālu no virsmas, var norādīt mērķa temperatūru, kamēr apakšējā procesa zona paliek zem specifikācijas.
Sildītāja garums nosaka apkures zonu
Īss sildītājs koncentrē siltuma ievadi vienā reģionā.
GarāksPTFE iegremdējamais sildītājsvar sadalīt apkuri lielākā vertikālā attālumā, ja aktīvā sildīšanas sekcija paliek pareizi iegremdēta.
Mērķis nav vienkārši pagarināt sildītāju. Aktīvajai sildīšanas zonai jāatbilst tvertnes daļai, kurai nepieciešama termiskā kontrole.
Piemēram, dziļai tvertnei, kas satur procesa slodzi visā tās augstuma daļā, var izmantot garāku sildīšanas zonu. Tvertnei, kuras apakšējā daļā ir aktīvs procesa šķidrums, var būt nepieciešams cits izvietojums.
Enerģijas sadales jautājumi
Apkures virsmas vidējo siltuma plūsmu var aprēķināt, izmantojot:
q = P/A
kurPir elektriskā apkures jauda unAir aktīva apkures zona.
Apsveriet ilustratīvu 12 kW prasību:
| Konfigurācija | Jauda | Aktīvā apkures zona | Vidējā siltuma plūsma |
|---|---|---|---|
| Īsa koncentrēta zona | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Garāk izplatītā zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
| Divas sadalītas zonas | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Attēli ir ilustratīvi un neatspoguļo universālas darbības robežas.
Aktīvās zonas palielināšana var sadalīt to pašu kopējo jaudu pa lielāku virsmu. Tas, vai tas nodrošina labāku veiktspēju, ir atkarīgs no šķidruma cirkulācijas un faktiskās tvertnes ģeometrijas.
Cirkulācija nosaka, vai siltums sasniedz augšējo tvertni
Dziļajai tvertnei ir nepieciešams efektīvs mehānisms siltuma pārvietošanai caur procesa tilpumu.
Dabiskā konvekcija var būt piemērota dažiem zemas{0}viskozitātes risinājumiem, taču mehāniskā cirkulācija var nodrošināt paredzamāku sajaukšanos.
Svarīga ir sūkņa izplūdes vieta. Cirkulācijas sistēma, kas pārvieto šķidrumu horizontāli, var nenovērst vertikālās temperatūras atšķirības, ja apkures zona ir novietota apakšā.
Tāpēc iekārtas projektēšanas laikā ir jānovērtē sildītāja atrašanās vietas un plūsmas virziena kombinācija.
Temperatūras sensora pozīcija var ietekmēt vadības stabilitāti
Viens sensors reti attēlo katru dziļās procesa tvertnes punktu.
Apsveriet vienkāršotu piemēru:
Apakšējā apkures zona: 68 grādi
Vidējā tvertne: 62 grādi
Augšējā tvertne: 58 grādi
Regulatora iestatītā vērtība: 60 grādi
Ja sensors atrodas augšējā reģionā, sildītājs var turpināt darboties, pat ja apakšējā zona ir ievērojami karstāka.
Ja sensors ir novietots tuvu sildītājam, regulators var izslēgt apkuri, pirms augšējā tvertne ir sasniegusi vajadzīgo temperatūru.
Temperatūras kartēšana nodošanas ekspluatācijā laikā var noteikt reprezentatīvāko mērījumu vietu.
Jānosaka minimālais šķidruma līmenis
Dziļās tvertnes var piedzīvot būtiskas līmeņa izmaiņas iekraušanas, iztukšošanas, iztvaikošanas un ķīmiskās papildināšanas laikā.
Normālos darbības apstākļos aktīvajai sildīšanas zonai jāpaliek paredzētajā iegremdēšanas diapazonā.
Praktiskajam dizainam vajadzētu noteikt:
Maksimālais šķidruma līmenis → normāls darba līmenis → minimālais šķidruma līmenis
Minimālajam līmenim jābūt saderīgam ar aktīvo apkures sekciju un aizsardzības sistēmu.
Līmeņa noteikšana un neatkarīga aizsardzība pret pārkaršanu var nodrošināt papildu drošības pasākumus, ja procesa apstākļi to attaisno.
Dziļās tvertnes uzsildīšanas laika noteikšana
Pieņemsim, ka dziļā procesa tvertnē ir 1200 kg šķīduma. Izmantojot ilustratīvo īpatnējo siltumietilpību 3,6 kJ/(kg·K), nepieciešamais temperatūras pieaugums ir 25 grādi.
Saprātīgā apkures enerģija ir:
Q=mcΔT
Q=1,200 × 3,6 × 25=108,000 kJ
Tas ir aptuveni 30 kWh.
Izmantojot 15 kW sildītāju, ideāls saprātīgs-sildīšanas laiks būtu:
30 ÷ 15=2 stundas
Faktiskais sildīšanas laiks būs ilgāks tvertnes -sienas zudumu, virsmas iztvaikošanas, cauruļvadu, sagataves slodzes un citu siltuma zudumu dēļ.
Aprēķins palīdz noteikt, vai nepieciešamā sildītāja jauda atbilst vēlamajam palaišanas vai atjaunošanas laikam.
Vairākas apkures zonas var uzlabot kontroli
Ļoti dziļām tvertnēm, vairākas neatkarīgi kontrolētasPTFE iegremdējamais sildītājszonas var nodrošināt lielāku elastību nekā viena nepārtraukti barota apkures sekcija.
Atsevišķas zonas var palīdzēt pielāgot siltuma ievadi dažādiem tvertnes reģioniem vai kompensēt nevienlīdzīgos siltuma zudumus.
Tomēr vairākām zonām ir nepieciešama arī lielāka elektriskā vadība un temperatūras kontrole. Papildu sarežģītība jāpamato ar procesa termisko izturēšanos.
Atlases dati dziļās apstrādes tvertnēm
Pilnīgā specifikācijā jāiekļauj:
Tvertnes dziļums un diametrs
Normāls un minimālais šķidruma līmenis
Nepieciešamā apkures jauda
Mērķa temperatūra un pieļaujamās izmaiņas
Ķīmiskā koncentrācija
Šķidruma viskozitāte
Cirkulācijas metode
Sildītāja aktīvais garums
Sildītāja uzstādīšanas pozīcija
Temperatūras{0}}sensoru atrašanās vietas
Elektrības padeve
Darbības cikls
Tāpēc temperatūras uzturēšana dziļā tvertnē nav tikai sildītāja jaudas palielināšana. PiemērotsPTFE iegremdējamais sildītājsSildīšanas virsma jānovieto vietā, kur siltumu var efektīvi pārnest procesa šķidrumā, vienlaikus saglabājot atbilstošu cirkulāciju un drošu iegremdēšanas dziļumu.
Dziļām, šaurām vai termiski nevienmērīgām tvertnēm var izveidot pielāgotu sildītāja garumu un vairāku-zonu izvietojumu atkarībā no faktiskā šķidruma līmeņa, cirkulācijas shēmas, apkures slodzes un pieejamās uzstādīšanas vietas.
