در فرآوری شیمیایی، یک صفحه حرارتی می تواند به دمای نامی خود برسد در حالی که گرمایش یکنواخت محلول فرآیند دشوار است. این وضعیت زمانی که مایع دارای ویسکوزیته بالا باشد بیشتر قابل توجه می شود، زیرا گرما به راحتی از طریق یک محلول با ویسکوزیته کم-در مخزن حرکت نمی کند.
نتیجه می تواند گرمایش آهسته، طبقه بندی دما و یک منطقه گرم مستقیماً بالای صفحه گرمایش باشد.
برای محلولهای شیمیایی با ویسکوزیته بالا-گرمایش پایدار به رابطه بین آنها بستگی داردقدرت صفحه گرمایش، مساحت سطح، حرکت مایع، ویسکوزیته و اختلاف دما.
چرا ویسکوزیته رفتار گرمایشی را تغییر می دهد؟
هنگامی که ویسکوزیته مایع افزایش می یابد، همرفت طبیعی ضعیف تر می شود زیرا مایع مقاومت بیشتری در برابر حرکت دارد.
یک صفحه گرم کننده انرژی را به سطح مایع نزدیک صفحه منتقل می کند. در یک محلول با ویسکوزیته پایین-، مایع گرم شده می تواند به راحتی بالا آمده و مخلوط شود. در یک محلول چسبناک، لایه گرم شده ممکن است برای مدت بیشتری در نزدیکی صفحه باقی بماند.
این یک لایه مرزی حرارتی ایجاد می کند که توزیع گرما را محدود می کند.
بنابراین صفحه گرمایش ممکن است عملکرد الکتریکی معمولی را نشان دهد در حالی که قسمت بالایی مخزن به طور قابل توجهی خنک تر است.
افزایش توان الکتریکی می تواند گرمایش محلی را تسریع کند، اما لزوماً مشکل گردش خون را حل نمی کند.
مساحت سطح می تواند مهمتر از قدرت بالاتر باشد
شار حرارتی سطح صفحه گرمایش به صورت زیر بیان می شود:
q'' = Q / A
کجاQقدرت گرمایش است وAمنطقه گرمایش موثر است.
برای همان وظیفه حرارتی، افزایش ناحیه فعال شار حرارتی متوسط را کاهش می دهد.
این می تواند برای مایعات چسبناک مفید باشد زیرا یک سطح گرمایش بزرگتر ورودی حرارتی را در سطح بیشتری توزیع می کند. کنترل دمای مایع موضعی در مقایسه با صفحه گرمای کوچک-با قدرت بالا، آسانتر است.
هنگامی که فضای مخزن محدود است، یک صفحه فشرده هنوز هم می تواند مناسب باشد، اما چگالی توان و نیازهای گردش آن نیاز به ارزیابی دقیق تری دارد.
گردش یکنواختی دما را تعیین می کند
محلولهای{0}}با ویسکوزیته بالا اغلب به جای تکیه کامل بر همرفت طبیعی، به گردش عمدی نیاز دارند.
جریان پمپ باید همراه با خواص مایع و هندسه مخزن ارزیابی شود. دبی اسمی پمپ حرکت یکنواخت در اطراف صفحه گرمایش را تضمین نمی کند.
مناطق مرده می توانند در نزدیکی دیواره های مخزن، گوشه ها، وسایل داخلی یا کف مخازن عمیق ایجاد شوند.
صفحه گرمایش باید در جایی قرار گیرد که حرکت مایع بتواند به طور موثر گرما را از سطح فعال حذف کند.
| وضعیت مایع | رفتار گردش خون | پاسخ گرمایشی | اولویت طراحی |
|---|---|---|---|
| ویسکوزیته کم | حرکت آسان مایع | یکسان سازی سریع دما | تیراژ استاندارد |
| ویسکوزیته متوسط | کاهش همرفت | گرادیان حرارتی ملایم | جریان کافی |
| ویسکوزیته بالا | گردش طبیعی ضعیف | منطقه گرم محلی | گردش اجباری |
| ویسکوزیته بالا + جریان کم | توزیع حرارت بسیار محدود | طبقه بندی دمایی قوی | کاهش شار گرما و بهبود جریان |
| ویسکوزیته بالا + رسوبات | گردش خون محدود | افزایش سریع مقاومت حرارتی | کنترل رسوب |
این شرایط نشان می دهد که چرا ویسکوزیته باید در انتخاب صفحه گرمایش گنجانده شود نه اینکه به عنوان یک جزئیات فرآیند ثانویه در نظر گرفته شود.
تغییرات دما نیز بر ویسکوزیته تأثیر می گذارد
یکی از ویژگی های مهم بسیاری از محلول های شیمیایی این است که ویسکوزیته با افزایش دما کاهش می یابد.
این یک فرآیند گرمایش پویا ایجاد می کند.
در هنگام راه اندازی، یک محلول سرد ممکن است ویسکوزیته نسبتاً بالا و گردش خون ضعیفی داشته باشد. همانطور که صفحه گرمایش دما را افزایش می دهد، محلول ممکن است راحت تر به گردش درآید و توزیع گرما را بهبود بخشد.
این بدان معناست که شرایط راهاندازی میتواند بیشتر از عملکرد{0}}حالت ثابت باشد.
بنابراین، صفحه گرمایشی که فقط برای شرایط عملیاتی نهایی اندازه میشود، ممکن است در هنگام راهاندازی، گرمای غیرمنتظرهای کند یا دمای محلی بیش از حد ایجاد کند.
ساخت و ساز PTFE به تعادل حرارتی نیاز دارد
صفحات گرمایش PTFE می توانند برای محلول های شیمیایی خورنده مفید باشند زیرا PTFE مقاومت شیمیایی قوی ایجاد می کند.
با این حال، PTFE هدایت حرارتی کمتری نسبت به بسیاری از مواد فلزی دارد. بنابراین لایه محافظ به مقاومت حرارتی بین عنصر گرمایش و مایع فرآیند کمک می کند.
برای محلول های شیمیایی چسبناک، این امر باعث می شود که منطقه گرمایش و چگالی توان بسیار مهم باشد.
طراحی با مساحت کافی و شار حرارتی کنترل شده می تواند به حفظ شرایط سطحی پایدار کمک کند، در حالی که غلظت بیش از حد توان ممکن است اختلاف دما بین سطح گرمایش و مایع اطراف را افزایش دهد.
سازگاری شیمیایی نیز باید در دمای عملیاتی و غلظت واقعی بررسی شود.
چگونه می توان به گرمایش پایدار دست یافت؟
چندین طرح و اقدامات عملیاتی می تواند ثبات دما را بهبود بخشد:
از سطح گرمایش کافی استفاده کنید.
از شار حرارتی بالای سطحی غیر ضروری خودداری کنید.
گردش را در نزدیکی صفحه گرمایش فراهم کنید.
ویسکوزیته را در دمای راه اندازی در نظر بگیرید.
سنسورهای دما را دور از مناطق گرم محلی قرار دهید.
سطح مایع را ثابت نگه دارید.
نظارت بر غلظت مواد شیمیایی و رسوب.
اجازه دسترسی به تعمیر و نگهداری کافی را بدهید.
برای مخازن بزرگ یا بسیار ویسکوز، چندین ناحیه گرمایشی ممکن است کنترل بهتری نسبت به یک منبع گرمایش متمرکز داشته باشند.
کنترل مستقل مناطق مختلف همچنین می تواند گرمایش غیر ضروری را در مناطقی که مایع از قبل نزدیک به دمای مورد نظر است کاهش دهد.
بار حرارتی هنوز باید محاسبه شود
انتخاب صفحه گرمایش باید با نیاز حرارتی واقعی شروع شود.
یک محاسبه بار{0}}پیوسته ساده شده عبارت است از:
Q=ṁCpΔT + Qloss
کجاṁسرعت جریان مایع است،Cpگرمای ویژه است،ΔTافزایش دمای مورد نیاز است وQlossنشان دهنده تلفات حرارتی است.
سپس وظیفه محاسبه شده باید بر اساس ویسکوزیته، گردش خون، ناحیه گرمایش و شار حرارتی مجاز ارزیابی شود.
این کار از یک اشتباه رایج جلوگیری می کند: انتخاب صفحه گرمایش{0} با قدرت بالا برای جبران حرکت ضعیف مایع.
یک استراتژی انتخاب مطمئن تر
هنگامی که شرایط حرارتی و هیدرولیکی به درستی مطابقت داشته باشند، صفحه گرمایش میتواند دمای پایدار را در محلولهای شیمیایی با ویسکوزیته بالا- حفظ کند.
تعادل بحرانی بینقدرت گرمایش و توزیع گرما. توان بالاتر برای برآوردن تقاضای حرارتی مفید است، اما چگالی توان بیش از حد می تواند اختلاف دمای محلی را در زمانی که گردش خون ضعیف است تشدید کند.
برای مخازن شیمیایی صنعتی، ویسکوزیته هم در دمای راه اندازی و هم در دمای عملیاتی، سرعت گردش، هندسه مخزن، غلظت مواد شیمیایی، زمان گرمایش مورد نیاز و مساحت صفحه گرمایش باید قبل از انتخاب نهایی تعریف شود.
این رویکرد مبنای مطمئن تری برای انتخاب قدرت صفحه گرمایش، ابعاد، ساختار PTFE و مناطق کنترل برای عملکرد طولانی مدت پایدار فراهم می کند.
