Augstas-viskozitātes ķīmiskie šķīdumi rada atšķirīgu sildīšanas problēmu nekā zemas-viskozitātes vannas. Sildītājs var sasniegt nepieciešamo elektrisko jaudu, tomēr tvertne joprojām var uzrādīt lēnu temperatūras atjaunošanos vai lielas temperatūras atšķirības starp sildītāja laukumu un pārējo šķidrumu.
Par aPTFE iegremdējamais sildītājs, viskozitāte ietekmē to, cik efektīvi siltums virzās prom no sildvirsmas. Tāpēc sildītāja jauda, aktīvā virsmas laukums, cirkulācija, uzstādīšanas pozīcija un tvertnes ģeometrija ir jāapsver kopā.
Kāpēc viskozitāte maina sildīšanas veiktspēju
Kad šķidrums kļūst viskozāks, palielinās tā plūsmas pretestība. Dabiskā konvekcija var kļūt vājāka, savukārt cirkulācija no sūkņiem vai maisītājiem var arī kļūt mazāk efektīva.
Siltuma pārnesi no iegremdējamā sildītāja var vienkāršot šādi:
Q=hAΔT
kurQtiek pārnests siltums,hir efektīvais siltuma{0}}pārvades koeficients,Air aktīva apkures zona, unΔTir temperatūras starpība starp apkures virsmu un apkārtējo šķidrumu.
Ja šķidruma kustība ap sildītāju ir ierobežota,hvar samazināties. Lai pārnestu tādu pašu siltuma daudzumu, var būt nepieciešama lielāka temperatūras atšķirība.
Augsta viskozitāte var izveidot karstu slāni ap sildītāju
Augstas -viskozitātes šķīdums var lēnām virzīties prom no sildītāja virsmas.
Tāpēc šķidrums, kas atrodas tieši ap sildītāju, var kļūt ievērojami siltāks nekā lielapjoma šķīdums.
Tas rada divas problēmas.
Pirmā ir temperatūras nevienmērība{0}}. Otrais ir palielināta termiskā slodze uz sildītāja virsmas.
Tvertnes sensors, kas atrodas tālu no sildītāja, var turpināt rādīt temperatūru zem mērķa, pat ja šķidrums, kas atrodas tieši ap sildīšanas virsmu, jau ir daudz karstāks.
Vienkārši palielinot sildītāja jaudu, šis stāvoklis var pasliktināties.
Apsildāmās virsmas laukums kļūst svarīgāks
Apkures virsmas vidējo siltuma plūsmu var aprēķināt ar:
q = P/A
kurPir elektriskā jauda unAir aktīva apkures zona.
Apsveriet ilustratīvu 10 kW apkures prasību:
| Konfigurācija | Jauda | Aktīvā apkures zona | Vidējā siltuma plūsma |
|---|---|---|---|
| Kompakts sildītājs | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Vidēja{0}}platības sildītājs | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Sadalīts sildītājs | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Šie skaitļi ir ilustratīvi aprēķini, nevis universālas pieļaujamās PTFE darbības vērtības.
Aktīvās zonas palielināšana var sadalīt to pašu elektrisko jaudu pa lielāku virsmu. Tas, vai tas uzlabo faktisko procesa veiktspēju, ir atkarīgs no cirkulācijas, ķīmiskajām īpašībām, sildītāja ģeometrijas un tvertnes izmēriem.
Temperatūras izmaiņas var ietekmēt viskozitāti
Daudzi ķīmiskie šķidrumi, paaugstinoties temperatūrai, kļūst mazāk viskozi.
Tas rada svarīgu dinamiku palaišanas laikā.
Sildīšanas sākumā šķīdums var būt samērā viskozs, un cirkulācija var būt slikta. Paaugstinoties temperatūrai, viskozitāte var samazināties un šķidruma kustība var uzlaboties.
Tāpēc apkures sistēma var darboties atšķirīgi palaišanas un stabilas -stāvokļa darbības laikā.
Sildītājs, kura izmērs ir tikai līdzsvara stāvoklī-, var nodrošināt nepietiekamu palaišanas veiktspēju, ja sākotnējā viskozitāte ir ievērojami augstāka.
Mehāniskajai cirkulācijai ir jāatbilst šķidrumam
Augstas -viskozitātes šķīdumiem var būt nepieciešama mehāniska cirkulācija, lai pārnestu siltumu caur tvertni.
Tomēr sūkņa nominālā jauda vien negarantē efektīvu siltuma pārnesi.
Plūsmas ceļam jāsasniedz apkures zona un jātransportē uzsildīts šķidrums uz tvertnes aukstākajām daļām.
Cirkulācijas sistēmai, kas apiet sildītāju, var būt augsts kopējais plūsmas ātrums, vienlaikus radot vāju lokālo siltuma pārnesi.
Tāpēc maisītāja pozīcija, sūkņa ieplūde, izplūdes vieta, iekšējie cauruļvadi un sildītāja izvietojums ir jāvērtē kā pilnīga sistēma.
Sildītāja novietojums var samazināt stagnējošās zonas
Sildītājam, kas uzstādīts stūrī vai tuvu tvertnes sienai, var būt vāja šķidruma apmaiņa.
Viskoziem risinājumiem šī problēma var būt izteiktāka.
Ideālā gadījumā aktīvajai sildvirsmai jābūt novietotai vietā, kur cirkulācija sasniedz sildītāju no vairākiem virzieniem vai kur procesa plūsma ir apzināti virzīta pāri apkures zonai.
Attālumam no tvertnes dibena un sienām jāņem vērā arī nogulsnes, nogulsnes un piekļuve apkopei.
Uzkarsēšanas laiku var aprēķināt pēc šķidruma īpašībām
Pieņemsim, ka ilustratīvā tvertnē ir 600 kg augstas viskozitātes ķīmiska šķīduma ar īpatnējo siltumietilpību 2,8 kJ/(kg·K). Nepieciešamais temperatūras pieaugums ir 40 grādi.
Saprātīgā apkures enerģija ir:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Tas ir aptuveni 18,7 kWh.
Izmantojot 12 kW sildītāju, ideālais saprātīgais-sildīšanas laiks būtu aptuveni:
18,7 ÷ 12=1.56 stundas
Faktiskais sildīšanas laiks būs ilgāks tvertnes siltuma zudumu, cauruļvadu, iztvaikošanas, sagataves slodzes un citu termisko efektu dēļ.
Piemērā arī parādīts, kāpēc sildītāja izvēlei jāizmanto ķīmiskā šķīduma faktiskā īpatnējā siltumietilpība, nevis jāpieņem ūdens īpašības.
Jaudai ir jāatbilst faktiskajam siltuma{0}}pārvades stāvoklim
Augstas-viskozitātes vannām, izvēloties sildītāju ar pārmērīgu jaudu, var radīt sarežģītu termisko vidi.
Labāka pieeja ir līdzsvarot:
Nepieciešamais apkures ātrums
Aktīvā apkures zona
Vidējā siltuma plūsma
Cirkulācijas jauda
Vannas viskozitāte
Darba temperatūra
Tvertnes ģeometrija
Temperatūras viendabīguma prasība
Mērķis nav tikai maksimālā sildīšanas jauda. Noderīgs mērķis ir pietiekama siltuma pārnese bez pārmērīgas lokālās termiskās koncentrācijas.
Kāda informācija jāiekļauj iepirkumā?
Augstas{0}}viskozitātes ķīmiskai lietošanai jānodrošina:
Ķīmiskais sastāvs
Viskozitāte palaišanas temperatūrā
Viskozitāte darba temperatūrā
Īpatnējā siltuma jauda
Blīvums
Mērķa temperatūra
Nepieciešamais sildīšanas laiks
Tvertnes izmēri
Cirkulācijas metode
Minimālais šķidruma līmenis
Nepieciešamā sildītāja jauda
Pieejama elektroapgāde
Šī informācija ļauj aPTFE iegremdējamais sildītājsjāveido, ņemot vērā faktisko šķidruma uzvedību, nevis vienkāršotu{0}}uz ūdeni balstītu pieņēmumu.
Īpaši viskoziem risinājumiem, ierobežotai cirkulācijai, dziļām tvertnēm vai lielām apkures slodzēm pielāgots sildīšanas virsmas laukums un sildītāja ģeometrija var nodrošināt labāku siltuma sadalījumu. Galīgajā konfigurācijā ir jāsabalansē siltuma plūsma, cirkulācija, iegremdēšanas dziļums un procesa temperatūra, lai panāktu stabilu sildīšanu visā ķīmiskās vielas tvertnē.
