مخازن فرآیند عمیق یک مشکل حرارتی متفاوت از حمام های شیمیایی کم عمق ایجاد می کنند. لایه مایع بالایی می تواند به دمای مورد نظر برسد در حالی که ناحیه پایین خنک تر باقی می ماند، به ویژه زمانی که گردش خون ضعیف است یا ناحیه گرمایش نزدیک یک موقعیت متمرکز است.
A بخاری غوطه وری PTFEنصب شده در یک مخزن عمیق بنابراین باید به عنوان بخشی از کل سیستم گردش حرارتی در نظر گرفته شود. طول بخاری، عمق نصب، توزیع نیرو، حرکت مایع، و موقعیت سنسور{1}}همگی بر پایداری دما تأثیر می‌گذارند.
چرا مخازن عمیق تفاوت های دما را ایجاد می کنند؟
هنگامی که یک بخاری دمای مایع مجاور را افزایش می‌دهد، همرفت طبیعی می‌تواند مایع گرمتر را به سمت بالا حرکت دهد در حالی که مایع خنک‌تر به سمت پایین حرکت می‌کند.
این مکانیسم می تواند گردش مفیدی را فراهم کند، اما اثربخشی آن به چگالی سیال، ویسکوزیته، اختلاف دما، هندسه مخزن و موقعیت بخاری بستگی دارد.
در یک مخزن عمیق با گردش محدود، فاصله عمودی می تواند به اندازه کافی بزرگ شود تا اختلاف دمای قابل توجهی بین مناطق بالا و پایین باقی بماند.
بنابراین یک سنسور دما که در نزدیکی سطح قرار دارد ممکن است دمای مورد نظر را نشان دهد در حالی که منطقه فرآیند پایین زیر مشخصات باقی می ماند.
طول بخاری منطقه گرمایش را تعیین می کند
یک بخاری کوتاه، ورودی حرارتی را در یک منطقه متمرکز می کند.
طولانی تربخاری غوطه وری PTFEمی تواند گرما را در فاصله عمودی بیشتری توزیع کند، مشروط بر اینکه بخش گرمایش فعال به درستی غوطه ور باشد.
هدف صرفا طولانی کردن بخاری نیست. منطقه گرمایش فعال باید مطابق با قسمتی از مخزن باشد که به کنترل حرارتی نیاز دارد.
به عنوان مثال، یک مخزن عمیق حاوی بار فرآیند در بیشتر ارتفاع خود ممکن است از ناحیه گرمایش توزیع شده طولانی تری بهره مند شود. مخزنی که فقط قسمت پایینی آن حاوی مایع فرآیند فعال است ممکن است به ترتیب متفاوتی نیاز داشته باشد.
مسائل توزیع برق
متوسط شار حرارتی سطح گرمایش را می توان با استفاده از موارد زیر تخمین زد:
q = P/A
کجاPبرق گرمایشی است وAمنطقه گرمایش فعال است.
یک نیاز 12 کیلوواتی مصور را در نظر بگیرید:
| پیکربندی | قدرت | منطقه گرمایش فعال | شار حرارتی متوسط |
|---|---|---|---|
| منطقه متمرکز کوتاه | 12 کیلو وات | 0.60 m² | 20 کیلووات بر متر مربع |
| منطقه پراکنده طولانی تر | 12 کیلو وات | 1.20 m² | 10 کیلووات بر متر مربع |
| دو منطقه پراکنده | 12 کیلو وات | 1.20 m² | 10 کیلووات بر متر مربع |
ارقام گویا هستند و محدودیت های عملیاتی جهانی را نشان نمی دهند.
افزایش سطح فعال می تواند همان قدرت کل را روی سطح بزرگتری توزیع کند. اینکه آیا این عملکرد بهتری ایجاد می کند به گردش مایع و هندسه واقعی مخزن بستگی دارد.
گردش خون تعیین می کند که آیا گرما به مخزن بالایی می رسد یا خیر
یک مخزن عمیق نیاز به مکانیزم موثری برای انتقال گرما از طریق حجم فرآیند دارد.
همرفت طبیعی ممکن است برای برخی از محلول‌های{0} با ویسکوزیته پایین کافی باشد، اما گردش مکانیکی می‌تواند اختلاط قابل پیش‌بینی‌تری را فراهم کند.
محل تخلیه پمپ مهم است. یک سیستم گردشی که مایع را به صورت افقی حرکت می دهد، اگر ناحیه گرمایش در پایین قرار گیرد، ممکن است تفاوت های دمایی عمودی را حذف نکند.
بنابراین ترکیب محل بخاری و جهت جریان باید در طول طراحی تجهیزات ارزیابی شود.
موقعیت سنسور دما می تواند بر پایداری کنترل تأثیر بگذارد
یک حسگر واحد به ندرت هر نقطه در یک مخزن فرآیند عمیق را نشان می دهد.
یک مثال ساده شده را در نظر بگیرید:
منطقه گرمایش پایین: 68 درجه
مخزن وسط: 62 درجه
مخزن بالایی: 58 درجه
نقطه تنظیم کنترلر: 60 درجه
اگر سنسور در ناحیه بالایی قرار داشته باشد، بخاری ممکن است به کار خود ادامه دهد، حتی اگر منطقه پایین به طور قابل توجهی گرمتر باشد.
اگر سنسور در نزدیکی بخاری قرار گیرد، کنترلر ممکن است قبل از اینکه مخزن بالایی به دمای مورد نیاز برسد، گرمایش را خاموش کند.
نقشه برداری دما در طول راه اندازی می تواند نماینده ترین مکان اندازه گیری را شناسایی کند.
حداقل سطح مایع باید تعریف شود
مخازن عمیق می توانند تغییرات سطح قابل توجهی را در حین بارگیری، تخلیه، تبخیر و دوباره پر کردن مواد شیمیایی تجربه کنند.
منطقه گرمایش فعال باید در محدوده غوطه وری مورد نظر در شرایط عملیاتی عادی باقی بماند.
یک طراحی عملی باید ایجاد کند:
حداکثر سطح مایع → سطح عملکرد عادی → حداقل سطح مایع
حداقل سطح باید با بخش گرمایش فعال و سیستم حفاظتی سازگار باشد.
تشخیص سطح و حفاظت مستقل در برابر دمای بیش از حد می تواند حفاظت های اضافی را در جایی که شرایط فرآیند آنها را توجیه می کند فراهم کند.
تخمین زمان گرمایش برای یک مخزن عمیق
فرض کنید یک مخزن فرآیند عمیق حاوی 1200 کیلوگرم محلول است. با استفاده از ظرفیت حرارتی ویژه تصویری 3.6 کیلوژول/(kg·K)، افزایش دمای مورد نیاز 25 درجه است.
انرژی گرمایی معقول عبارت است از:
Q=mcΔT
Q=1، 200 × 3.6 × 25=108،000 کیلوژول
این تقریباً برابر با 30 کیلووات ساعت است.
با یک بخاری 15 کیلوواتی، زمان گرم کردن معقول ایده آل این است:
30 ÷ 15=2 ساعت
به دلیل تلفات دیواره مخزن، تبخیر سطح، لوله کشی، بارگذاری قطعه کار و سایر تلفات حرارتی، زمان واقعی گرمایش طولانی تر خواهد بود.
محاسبه کمک می کند تا مشخص شود که آیا توان گرمکن مورد نیاز با زمان راه اندازی یا بازیابی مورد نظر مطابقت دارد یا خیر.
چندین منطقه گرمایشی می تواند کنترل را بهبود بخشد
برای تانک های بسیار عمیق، چندین تانک به طور مستقل کنترل می شوندبخاری غوطه وری PTFEمناطق ممکن است انعطاف پذیری بیشتری نسبت به یک بخش گرمایشی که به طور مداوم انرژی می گیرد، ارائه دهند.
مناطق مجزا می توانند به تطبیق ورودی حرارتی با مناطق مختلف مخزن کمک کنند یا تلفات حرارتی نابرابر را جبران کنند.
با این حال، مناطق متعدد نیز نیاز به کنترل الکتریکی و نظارت بر دما دارند. پیچیدگی اضافی باید با رفتار حرارتی فرآیند توجیه شود.
داده های انتخابی برای مخازن فرآیند عمیق
مشخصات کامل باید شامل موارد زیر باشد:
عمق و قطر مخزن
سطح مایع نرمال و حداقل
قدرت گرمایشی مورد نیاز
دمای هدف و تغییرات مجاز
غلظت شیمیایی
ویسکوزیته مایع
روش گردش
طول فعال بخاری
موقعیت نصب بخاری
مکان‌های{0}}حسگر دما
تامین برق
چرخه عملیاتی
بنابراین، حفظ دما در یک مخزن عمیق صرفاً افزایش وات بخاری نیست. یک مناسببخاری غوطه وری PTFEباید سطح گرمایش را در جایی قرار دهید که گرما بتواند به طور موثر به مایع فرآیند منتقل شود و در عین حال گردش خون کافی و عمق غوطه وری ایمن حفظ شود.
برای مخازن عمیق، باریک، یا از نظر حرارتی غیر یکنواخت، طول بخاری سفارشی شده و ترتیبات چند ناحیه‌ای را می‌توان حول سطح واقعی مایع، الگوی گردش، بار گرمایش، و فضای نصب موجود ایجاد کرد.
