Ķīmisko vielu tvertnē var būt vienāds šķidruma tilpums, taču tā izturas ļoti atšķirīgi atkarībā no ražošanas partijas. Izmaiņas ķīmiskajā koncentrācijā var mainīt šķidruma blīvumu, viskozitāti, siltumietilpību un cirkulāciju. Šīs izmaiņas tieši ietekmē to, kā aPTFE iegremdējamais sildītājspārnes siltumu vannā.
Tāpēc inženieriem, kas nosaka apkures iekārtu izmērus, šķidruma blīvums ir jāapsver kopā ar koncentrāciju un termiskajām īpašībām, nevis jāuzskata par izolētu specifikāciju.
Blīvums maina faktisko karsējamo masu
Tvertnes tilpumu parasti izsaka litros vai kubikmetros, savukārt apkures aprēķini ir atkarīgi no masas.
Pamatattiecības ir šādas:
m = ρV
kurmir šķidra masa,ρir blīvums, unVir šķidruma tilpums.
Piemēram, 1000 L tvertne, kurā ir šķīdums ar blīvumu 1,20 kg/l, satur aptuveni 1200 kg šķidruma.
Ja tajā pašā tvertnē ir mazāka -blīvuma šķīdums — 1,00 kg/l, šķidruma masa ir tikai aptuveni 1000 kg.
Šī atšķirība ietekmē enerģijas daudzumu, kas nepieciešams vannas temperatūras paaugstināšanai.
Saprātīgai apkurei:
Q=mcΔT
Tāpēc diviem šķidrumiem, kas aizņem vienu un to pašu tvertnes tilpumu, var būt nepieciešama atšķirīga apkures enerģija, ja to blīvums un īpatnējā siltuma jauda atšķiras.
Blīvums vien nenosaka siltuma pārnesi
Izplatīts inženiertehniskais pārpratums ir pieņemt, ka lielāks blīvums automātiski nozīmē sliktāku vai labāku siltuma pārnesi.
Blīvums ir tikai viena daļa no šķidruma{0}}īpašības attēla.
Siltuma pārnesi ap PTFE iegremdējamo sildītāju ietekmē arī viskozitāte, īpatnējā siltumietilpība, siltumvadītspēja, šķidruma ātrums, sildītāja ģeometrija un temperatūras starpība.
Vienkāršotas attiecības ir šādas:
Q=hAΔT
Lūk,hapzīmē efektīvo siltuma{0}}pārvades koeficientu unAapzīmē aktīvo apkures zonu.
Blīvums var ietekmēt šķidruma uzvedību, taču tas tieši nenodrošina tā vērtībuh. Šķidruma kustība un viskozitāte var būt vienlīdz svarīgas.
Koncentrēti risinājumi var mainīt vairākus īpašumus kopā
Daudzos ķīmiskos procesos blīvums palielinās, palielinoties izšķīdušo ķīmisko vielu koncentrācijai. Tajā pašā laikā var mainīties viskozitāte un īpatnējā siltuma jauda.
Tas rada kombinētu dizaina efektu.
Koncentrēts šķīdums var saturēt vairāk masas uz tilpuma vienību, palielinot saprātīgu -sildīšanas slodzi. Ja palielinās arī viskozitāte, cirkulācija ap sildītāju var kļūt mazāk efektīva.
Rezultāts var būt process, kurā viena un tā pati nominālā sildītāja jauda rada atšķirīgu temperatūras reakciju pēc ķīmiskās koncentrācijas izmaiņām.
Šī iemesla dēļ sildīšanas aprēķini, kuru pamatā ir tikai tvertnes tilpums, koncentrētiem ķīmiskiem šķīdumiem var kļūt neprecīzi.
Kāpēc sildītāja virsmas laukums joprojām ir svarīgs
Pieņemsim, ka procesam ir nepieciešama 12 kW apkures jauda.
Kompakts sildītājs ar mazu aktīvo zonu un garāks sildītājs ar lielāku aktīvo zonu var nodrošināt 12 kW elektriski. Tomēr to vidējā virsmas siltuma plūsma atšķirsies.
Vienkāršotais aprēķins ir šāds:
q = P/A
kurqir vidējā siltuma plūsma.
Apsveriet divas ilustratīvās konfigurācijas:
| Sildītāja izkārtojums | Jauda | Aktīvā apkures zona | Vidējā siltuma plūsma |
|---|---|---|---|
| Kompakta konfigurācija | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Sadalītā konfigurācija | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Šīs vērtības ir ilustratīvi un neatspoguļo universālas PTFE darbības robežas.
Sadalītais izvietojums var nodrošināt zemāku vidējo virsmas siltuma plūsmu, taču faktiskā veiktspēja joprojām ir atkarīga no cirkulācijas, uzstādīšanas ģeometrijas, vannas ķīmijas un sildītāja konstrukcijas.
Šķidruma kustība var kļūt par ierobežojošo faktoru
Kad blīvs vai viskozs ķīmiskais šķīdums pārvietojas lēni, siltums var uzkrāties ap sildītāja virsmu ātrāk, nekā tas tiek transportēts apkārtējā vannā.
Tas var radīt lokālu temperatūras starpību starp šķidrumu tieši ap sildītāju un lielapjoma šķīdumu.
Tvertnes temperatūras sensors joprojām var ziņot par vēlamo vidējo temperatūru, kamēr sildītāja virsma piedzīvo būtiski atšķirīgus apstākļus.
Tāpēc mehāniskā maisīšana, sūkņa cirkulācija, sildītāja attālums un uzstādīšanas vieta ir jānovērtē kopā.
Lielām ķīmisko vielu tvertnēm apkures zonu sadale var arī palīdzēt izvairīties no termiskās slodzes koncentrēšanās vienā reģionā.
Blīvums ir jāiekļauj apkures{0}}laika aprēķinos
Apsveriet ilustratīvu 1500 l ķīmisko šķīdumu ar blīvumu 1,15 kg/l. Aptuvenā šķidruma masa ir:
m=1.15 × 1,500=1,725 kg
Ja pieņem, ka īpatnējā siltumietilpība ir 3,2 kJ/(kg·K) un nepieciešamais temperatūras pieaugums ir 30 grādi:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
Tas atbilst aptuveni 46 kWh saprātīgas apkures enerģijas.
Ideālos apstākļos 20 kW sildītājam teorētiski būtu vajadzīgas aptuveni 2,3 stundas. Faktiskais sildīšanas laiks būtu ilgāks, jo enerģiju patērē arī tvertnes sienas, cauruļvadi, sagataves, iztvaikošana un vides siltuma zudumi.
Aprēķins parāda, kāpēc blīvums un īpatnējā siltumietilpība ir jāņem vērā, novērtējot apkures jaudu.
Kādi dati būtu jāsniedz, lai izvēlētos sildītāju?
Ķīmiskajam procesam, izmantojot aPTFE iegremdējamais sildītājs, noderīga informācija par šķidrumu ietver:
Šķidruma blīvums vai īpatnējais svars
Ķīmiskā koncentrācija
Īpatnējā siltuma jauda
Viskozitāte
Siltumvadītspēja, ja tāda ir pieejama
Darba temperatūras diapazons
Nepieciešamais apkures ātrums
Cirkulācijas vai maisīšanas metode
Normāls un minimālais šķidruma līmenis
Tvertnes izmēri
Tāpēc blīvumu vislabāk var uzskatīt par daļu no plašāka termiskā{0}}īpašuma profila.
Ja blīvums būtiski mainās līdz ar ķīmisko vielu koncentrāciju, sildītāja izmēri ir jāpārbauda faktiskajā darbības diapazonā, nevis attiecībā pret vienu nominālo stāvokli. Šķidruma īpašību apvienošana ar sildīšanas virsmas laukumu, jaudas sadali, cirkulāciju un tvertnes ģeometriju nodrošina uzticamāku pamatu PTFE iegremdējamā sildītāja izvēlei un pielāgotam rūpnieciskajam dizainam.
