Ķīmiskā rūpnīca pasūtīja divus PTFE iegremdēšanas sildītājus identiskām kodināšanas tvertnēm. Vienam bija 1,5 mm apvalks. Otram bija 2,5 mm apvalks. Abi tika novērtēti ar tādu pašu jaudu un spriegumu. Pēc astoņpadsmit mēnešiem plānais -apvalku sildītājs joprojām darbojās labi. Biezais-apvalks sildītājs neizdevās-nevis caursūkšanās, bet gan lokālas pārkaršanas dēļ. Biezāks apvalks bija pievienojis pietiekami daudz termiskās pretestības, lai nobīdītu apvalka temperatūru noārdīšanās diapazonā.
Apvalka biezums ir viens no svarīgākajiem lēmumiem PTFE iegremdējamā sildītāja specifikācijā un viens no vismazāk saprotamajiem lēmumiem. Biezāks apvalks nodrošina garāku caurlaidības ceļu un labāku mehānisko izturību. Bet tas arī palielina termisko pretestību, paaugstinot apvalka temperatūru jebkuram noteiktam vatu blīvumam. Optimālais biezums līdzsvaro šos konkurējošos efektus.
PTFE apvalka termiskā pretestība
Siltumam jāšķērso PTFE apvalks, pirms tas sasniedz procesa šķidrumu. Apvalka termiskā pretestība ir proporcionāla tā biezumam un apgriezti proporcionāla tā siltumvadītspējai. PTFE pie 0,25 W/m·K 1,5 mm apvalks pievieno aptuveni 6 grādu temperatūras kritumu pie 1,0 W/cm². 2,5 mm apvalks pievieno aptuveni 10 grādus. 3,5 mm apvalks palielina aptuveni 14 grādus.
Šie temperatūras kritumi palielina konvektīvo kritumu pie apvalka virsmas un iekšējos pilienus pāri MgO un metāla apvalkam. Kopējā apvalka-līdz-atšķirība nosaka polimēra faktisko darba temperatūru.
| Apvalka biezums | Termiskā pretestība | Apvalka ΔT pie 1,0 W/cm² | Apvalka ΔT pie 1,5 W/cm² | Relatīvais caurlaidības ceļš |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Zems | 4 grāds | 6 grādi | Īss |
| 1,5 mm | Mērens | 6 grādi | 9 grādu | Mērens |
| 2,0 mm | Vidēji – augsts | 8 grādi | 12 grādi | Garš |
| 2,5 mm | Augsts | 10 grādi | 15 grādi | Ilgāk |
| 3,0 mm | Ļoti augsts | 12 grādi | 18 grādi | Garākais |
Termiskā pretestība un caurlaidības ceļš parastajiem PTFE apvalku biezumiem
Caurlaidības maiņa-izslēgta
Biezāks apvalks palēnina caurlaidību, palielinot difūzijas ceļa garumu. Ja vienīgais apsvērums būtu caurlaidība, vislabākais vienmēr būtu biezākais apvalks. Bet biezāks apvalks paaugstina apvalka temperatūru, un augstāka temperatūra paātrina caurlaidību. Abi efekti darbojas viens pret otru.
Noteiktam vatu blīvumam ir optimāls biezums, kas samazina kopējo caurlaidības ātrumu. Zem šī biezuma caurlaidības ceļš ir pārāk īss. Pārsniedzot šo biezumu, temperatūras izraisītais paātrinājums{2}}atsver ceļa-garuma ieguvumu.
Praksē optimālais biezums ir atkarīgs no temperatūras un ķīmijas. Vidējai temperatūrai (50–70 grādi) viegli agresīvā ķīmijā, 1,5–2,0 mm apvalks nodrošina labu līdzsvaru. Augstākas-temperatūras (70–90 grādi) vai agresīvākai ķīmijai ir piemērots 2,0–2,5 mm apvalks, ja tiek samazināts vatu blīvums, lai uzturētu apvalka temperatūru drošās robežās.
| Servisa stāvoklis | Ieteicamais apvalka biezums | Vatu blīvuma ierobežojums | Paredzamais kalpošanas laiks |
|---|---|---|---|
| <60°C, mild chemistry | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,6 W/cm² | 5-8 gadi |
| 60–70 grādi, mērena ķīmija | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | 3-5 gadi |
| 70–80 grādi, agresīva ķīmija | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | 2-4 gadi |
| 80–90 grādi, ļoti agresīvs | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | 1,5-3 gadi |
| >90 grādi vai HF-satur | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | 1-2 gadi |
Apvalka biezuma ieteikumi pēc ekspluatācijas stāvokļa
Mehāniskās izturības apsvērumi
Biezāks apvalks labāk iztur mehāniskus bojājumus nekā plāns apvalks. Tvertnēs, kur apstrādājamās detaļas vai statīvi var saskarties ar sildītāju vai kur tīrīšana ir saistīta ar suku vai skrāpēšanu, biezāks apvalks nodrošina rezervi pret izgrauzšanu un noberšanos.
Plāns apvalks ir neaizsargātāks pret trieciena bojājumiem. Izgriezums 1,0 mm apvalkā var iekļūt pusceļā caur polimēru, radot vāju punktu, kas termiskās cikla laikā var saplaisāt. Tāds pats trieciens uz 2,5 mm apvalku var atstāt tikai virsmas nospiedumu.
Biezāka apvalka mehāniskās izturības priekšrocības ir reālas, taču tai ir jābūt līdzsvarotai ar termisko ietekmi. Lietojumos, kur ir iespējami mehāniski bojājumi, biezāks apvalks ar mazāku vatu blīvumu var būt labākais kompromiss.
Apvalka biezuma atbilstība vatu blīvumam
Apvalka biezums un vatu blīvums jāizvēlas kopā. Biezs apvalks ar lielu vatu blīvumu rada nepieņemami augstu apvalka temperatūru. Plāns apvalks ar zemu vatu blīvumu ir termiski efektīvs, taču agresīvā ķīmijā tas var nenodrošināt pietiekamu caurlaidības pretestību.
Praktiskā pieeja ir vispirms izvēlēties apvalka biezumu, pamatojoties uz ķīmiju un temperatūru, un pēc tam izvēlēties vatu blīvumu, kas uztur apvalka temperatūru drošā diapazonā šim biezumam. 2,5 mm apvalks pie 1,0 W/cm² var darboties tādā pašā apvalka temperatūrā kā 1,5 mm apvalks ar jaudu 1,4 W/cm², taču biezāks apvalks nodrošina labāku caurlaidības pretestību un mehānisko izturību.
| Apvalka biezums | Maksimālais vatu blīvums apvalkam<100°C | Maksimālais vatu blīvums apvalkam<110°C | Labākā lietojumprogramma |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² | Zema{0}}temperatūra, tīri šķidrumi |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | Mērens serviss |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | Lielākā daļa apšuvuma vannas |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | Agresīva ķīmija |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | HF, augstas{0}}temperatūras pakalpojums |
Apvalka biezuma un vatu blīvuma kombinācijas drošai apvalka temperatūrai
Ja ar standarta biezumu nepietiek
Dažiem lietojumiem ir nepieciešams apvalka biezums vai vatu blīvuma kombinācijas, ko standarta sildītāji nepiedāvā. Tvertnei ar ļoti agresīvu ķīmisko sastāvu paaugstinātā temperatūrā var būt nepieciešams 3,0 mm apvalks ar 0,8 W/cm²-kombināciju, kam nepieciešams liels virsmas laukums un pielāgota konfigurācija.
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ļauj optimizēt apvalka biezumu un vatu blīvumu konkrētajam lietojumam. Specifikācijas procesam ir nepieciešama vannas ķīmija, darba temperatūra, mehāniskie riska faktori un nepieciešamā jauda. Iekārtām ar prasīgiem lietojumiem šī pieeja līdzsvaro izturību un siltuma pārnesi precīzāk nekā standarta produktu izvēle.
