Ķīmisko vielu tvertnei var būt pietiekama sildītāja jauda, un tā joprojām cīnās, lai sasniegtu vienmērīgu procesa temperatūru. Izplatīts iemesls ir nepietiekama šķidruma cirkulācija apPTFE iegremdējamais sildītājs.
Kad uzsildīts šķidrums paliek tuvu sildītāja virsmai, nevis pārvietojas pa tvertni, veidojas temperatūras gradienti. Kontrolieris var ziņot par mērķa temperatūru, kamēr vēsāki reģioni paliek citur procesa tvertnē.
Tāpēc ķīmisko iekārtu gadījumā sildītāja izvēle un šķidruma kustība jāuzskata par vienu termiskās{0}}projektēšanas problēmu.
Siltumam ir jāpārvietojas prom no sildītāja
Iegremdējamais sildītājs savā aktīvā virsmā pārvērš elektrisko enerģiju siltumenerģijā. Pēc tam apkārtējam šķidrumam šis siltums ir jānoņem.
Vienkāršota siltuma pārneses{0}}attiecība ir:
Q=hAΔT
kurQtiek nodots siltums,hir efektīvais siltuma{0}}pārvades koeficients,Air apsildāmās virsmas laukums, unΔTir temperatūras starpība starp apkures virsmu un apkārtējo šķidrumu.
Šķidruma cirkulācija ietekmēh. Ja plūsma ap sildītāju ir vāja, termiskais robežslānis var kļūt biezāks un siltuma pārnese var kļūt mazāk efektīva.
Sildītājs joprojām var patērēt paredzamo elektroenerģiju, taču temperatūras sadalījums tvertnē var kļūt nevienmērīgs.
Ar dabisko konvekciju ne vienmēr pietiek
Kad šķidrums sildītāja tuvumā kļūst siltāks, tā blīvums var mainīties un var sākties dabiskā konvekcija. Tas var radīt cirkulāciju bez sūkņa.
Tomēr dabiskās konvekcijas efektivitāte ir atkarīga no šķidruma īpašībām, temperatūras starpības, tvertnes ģeometrijas, sildītāja orientācijas un viskozitātes.
Zemas-viskozitātes šķidrums dziļā tvertnē var cirkulēt samērā viegli. Koncentrēts vai viskozs ķīmiskais šķīdums var izturēties atšķirīgi.
Tāpēc nevar automātiski sagaidīt, ka sildītājs, kas labi darbojas vienā ķīmiskajā vannā, nodrošinās vienādu temperatūru citā vannā ar atšķirīgām šķidruma īpašībām.
Mehāniskā cirkulācija maina termisko vidi
Sūkņi, maisītāji un procesa plūsma var ievērojami palielināt šķidruma kustību ap apkures virsmu.
Svarīgs apsvērums nav tikai nominālais sūkņa plūsmas ātrums. Svarīgs ir arī plūsmas virziens un vietējais ātrums ap sildītāju.
Piemēram, atgriešanas līnija var radīt spēcīgu cirkulāciju vienā tvertnes pusē, atstājot pretējo pusi relatīvi nekustīgu.
Tāpat sildītājam, kas uzstādīts tieši pretī spēcīgai izplūdes straumei, var būt ļoti atšķirīgi siltuma-pārnešanas apstākļi no cita sildītāja, kas novietots zemas plūsmas stūrī.
Tāpēc sildītāja atrašanās vieta ir jānovērtē kopā ar cirkulācijas modeli.
Sildītāja novietojums var ietekmēt cirkulāciju
A PTFE iegremdējamais sildītājsuzstādīts pārāk tuvu tvertnes sienai, var ierobežot šķidruma kustību ap daļu tās sildvirsmas.
Iekšējās caurules un konstrukcijas sastāvdaļas var radīt līdzīgas mirušās zonas.
Kompaktai tvertnei ir jāpārskata vairāki izmēri:
Sildītājs-līdz-sienai
Sildītājs-līdz-apakšā
Attālums no iekšējiem cauruļvadiem
Attālums no apgrozības izplūdes vietām
Attālums no sagataves iekraušanas zonām
Aktīvās apkures sekcijas orientācija
Mērķis ir uzturēt pietiekamu šķidruma apmaiņu ap aktīvo virsmu, neradot nevajadzīgus plūsmas ierobežojumus.
Apkures zona un cirkulācija strādā kopā
Apsveriet ilustratīvu 12 kW apkures prasību.
| Apkures sakārtojums | Jauda | Aktīvā zona | Vidējā siltuma plūsma | Aprites stāvoklis |
|---|---|---|---|---|
| Kompakta zona | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² | Vāja |
| Izkliedētā zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Mērens |
| Izkliedētā zona | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Spēcīgs |
Vidējo siltuma plūsmu aprēķina no:
q = P/A
Šie skaitļi ir ilustratīvi, nevis universāli darbības ierobežojumi.
Salīdzinājums parāda, kāpēc jauda vien neapraksta siltuma veiktspēju. Tie paši 12 kW var radīt dažādus darbības apstākļus atkarībā no apkures zonas un šķidruma kustības.
Slikta cirkulācija var izkropļot temperatūras kontroli
Pieņemsim, ka temperatūras sensors ir novietots labi{0}}jauktā tvertnes daļā, kamēr sildītājs atrodas zemas-plūsmas zonā.
Sensors var lēnām sasniegt mērķa temperatūru, liekot regulatoram uzturēt sildīšanu ilgāk. Tikmēr šķidrums, kas atrodas tieši ap sildītāju, var kļūt ievērojami karstāks par izmērīto tilpuma temperatūru.
Pretēja situācija var rasties arī tad, ja sensors atrodas tuvu spēcīgam cirkulācijas ceļam, kamēr cits apgabals paliek slikti sajaukts.
Temperatūras kartēšana vairākos punktos var palīdzēt noteikt šos apstākļus nodošanas ekspluatācijā laikā.
Viskozitāte padara cirkulāciju svarīgāku
Ķīmiskā koncentrācija var ietekmēt viskozitāti. Palielinoties viskozitātei, šķidruma kustība var kļūt grūtāka un dabiskā konvekcija var vājināties.
Tas var palielināt mehāniskās cirkulācijas nozīmi, jo īpaši, ja ir nepieciešama liela apkures jauda.
Tāpēc procesu ar augstu viskozitāti nevajadzētu noteikt, izmantojot ūdens{0}}apmērus, piemēram, cirkulācijas pieņēmumus, nepārbaudot faktiskās šķidruma īpašības.
Termiskajā projektā kopā jāņem vērā blīvums, viskozitāte, īpatnējā siltuma jauda, darba temperatūra un cirkulācijas metode.
Kā novērtēt cirkulāciju atlases laikā
Iekārtas specifikācijā var iekļaut vairākus praktiskus jautājumus:
Kāds ir parastais procesa plūsmas ātrums?
Kur šķidrums ieplūst un iziet no tvertnes?
Vai ir pieejama mehāniskā maisīšana?
Kurās tvertnes vietās ir vāja cirkulācija?
Kur tiks uzstādīts sildītājs?
Kur tiks mērīta temperatūra?
Vai viskozitāte būtiski mainās atkarībā no temperatūras vai koncentrācijas?
Šīs detaļas palīdz noteikt, vai piemērotāka ir viena sadalītā apkures zona vai vairākas mazākas zonas.
Pirms jaudas palielināšanas jāapsver cirkulācija
Ja tvertnei ir slikta temperatūras viendabība, vienkārši palielinot sildītāja jaudu, var palielināt vietējo termisko slodzi, neatrisinot pamata cirkulācijas problēmu.
Labāka pieeja ir kopā izpētīt sildīšanas virsmas laukumu, sildītāja pozīciju, plūsmas virzienu, temperatūras{0}}sensora atrašanās vietu un šķidruma īpašības.
Par aPTFE iegremdējamais sildītājs, efektīva siltuma pārnese ir atkarīga ne tikai no elektriskās ieejas. Atbilstoša šķidruma kustība palīdz pārnest siltumu no PTFE virsmas procesa tilpumā un nodrošina vienmērīgāku vannas temperatūru.
Ja cirkulācija ir ierobežota, tvertnes ģeometrija ir neregulāra vai ķīmiskajam šķīdumam ir augsta viskozitāte, var izveidot pielāgotu sildītāja izkārtojumu atbilstoši faktiskajam plūsmas modelim, aktīvajam apkures laukumam, iegremdēšanas dziļumam un nepieciešamajai procesa temperatūrai.
