محلول‌های شیمیایی با ویسکوزیته{0}بالا مشکل گرمایشی متفاوتی از حمام‌های-با ویسکوزیته پایین ایجاد می‌کنند. بخاری ممکن است به خروجی الکتریکی مورد نیاز برسد، با این حال مخزن هنوز هم می تواند بازیابی کند دما یا اختلاف دمای شدید بین منطقه بخاری و بقیه مایع را نشان دهد.
برای یکبخاری غوطه وری PTFEویسکوزیته بر چگونگی دور شدن موثر گرما از سطح گرمایش تأثیر می گذارد. بنابراین قدرت بخاری، سطح فعال، گردش خون، موقعیت نصب و هندسه مخزن باید با هم در نظر گرفته شوند.
چرا ویسکوزیته عملکرد گرمایش را تغییر می دهد؟
هنگامی که یک مایع چسبناک تر می شود، مقاومت آن در برابر جریان افزایش می یابد. همرفت طبیعی می‌تواند ضعیف‌تر شود، در حالی که گردش خون از پمپ‌ها یا همزن‌ها نیز ممکن است مؤثرتر شود.
انتقال حرارت از یک بخاری غوطه وری را می توان به صورت زیر ساده کرد:
Q=hAΔT
کجاQگرما منتقل می شود،hضریب انتقال{0} گرمای مؤثر است،Aمنطقه گرمایش فعال است وΔTاختلاف دما بین سطح گرم کننده و مایع اطراف است.
هنگامی که حرکت مایع در اطراف بخاری محدود می شود،hمی تواند کاهش یابد. سپس ممکن است برای انتقال همان مقدار گرما به اختلاف دمای بیشتری نیاز باشد.
ویسکوزیته بالا می تواند یک لایه داغ در اطراف بخاری ایجاد کند
محلول با ویسکوزیته{0}بالا ممکن است به آرامی از سطح بخاری دور شود.
بنابراین مایعی که بلافاصله بخاری را احاطه کرده است می تواند به طور قابل توجهی گرمتر از محلول حجیم شود.
این دو مشکل ایجاد می کند.
اولین مورد عدم یکنواختی دما است. دوم افزایش بارگذاری حرارتی در سطح بخاری است.
یک سنسور مخزن که دور از بخاری قرار دارد ممکن است همچنان دمای زیر هدف را نشان دهد حتی اگر مایعی که بلافاصله سطح گرمایش را احاطه کرده است در حال حاضر بسیار داغتر است.
صرفاً افزایش قدرت بخاری می تواند این وضعیت را شدیدتر کند.
سطح گرمایش اهمیت بیشتری پیدا می کند
متوسط شار حرارتی سطح گرمایش را می توان با موارد زیر تخمین زد:
q = P/A
کجاPبرق است وAمنطقه گرمایش فعال است.
یک مورد نیاز گرمایشی 10 کیلوواتی را در نظر بگیرید:
| پیکربندی | قدرت | منطقه گرمایش فعال | شار حرارتی متوسط |
|---|---|---|---|
| بخاری فشرده | 10 کیلو وات | 0.50 m² | 20 کیلووات بر متر مربع |
| بخاری-منطقه متوسط | 10 کیلو وات | 0.80 m² | 12.5 کیلووات بر متر مربع |
| بخاری توزیع شده | 10 کیلو وات | 1.20 m² | 8.3 کیلووات بر متر مربع |
این ارقام محاسباتی گویا هستند، نه مقادیر مجاز عملیاتی PTFE.
افزایش سطح فعال می تواند همان توان الکتریکی را در سطح بزرگتری توزیع کند. اینکه آیا این عملکرد واقعی فرآیند را بهبود می بخشد به گردش خون، خواص شیمیایی، هندسه بخاری و ابعاد مخزن بستگی دارد.
تغییرات دما می تواند بر ویسکوزیته تأثیر بگذارد
بسیاری از مایعات شیمیایی با افزایش دما، چسبناک تر می شوند.
این یک پویایی مهم در هنگام راه اندازی ایجاد می کند.
در ابتدای گرم کردن، محلول ممکن است نسبتاً چسبناک باشد و گردش خون ممکن است ضعیف باشد. با افزایش دما، ویسکوزیته ممکن است کاهش یابد و حرکت سیال بهبود یابد.
بنابراین، سیستم گرمایش می‌تواند در هنگام راه‌اندازی و عملکرد{0}}در حالت ثابت، متفاوت رفتار کند.
اگر ویسکوزیته اولیه بطور قابل ملاحظه‌ای بالاتر باشد، بخاری که فقط از حالت{0}}وضعیت ثابت اندازه می‌گیرد، ممکن است عملکرد راه‌اندازی کافی نداشته باشد.
گردش مکانیکی باید با سیال مطابقت داشته باشد
برای محلول‌های{0} با ویسکوزیته بالا، گردش مکانیکی ممکن است برای انتقال گرما در مخزن لازم باشد.
با این حال، ظرفیت اسمی پمپ به تنهایی انتقال حرارت موثر را تضمین نمی کند.
مسیر جریان باید به منطقه گرمایش برسد و مایع گرم شده را به قسمت های سردتر مخزن منتقل کند.
یک سیستم گردشی که بخاری را دور می زند می تواند سرعت جریان کلی بالایی داشته باشد در حالی که انتقال حرارت موضعی ضعیفی ایجاد می کند.
موقعیت همزن، ورودی پمپ، محل تخلیه، لوله کشی داخلی و محل قرارگیری بخاری باید به عنوان یک سیستم کامل ارزیابی شود.
موقعیت بخاری می تواند مناطق راکد را کاهش دهد
بخاری نصب شده در گوشه یا نزدیک دیوار مخزن ممکن است تبادل مایع ضعیفی را تجربه کند.
برای محلول های چسبناک، این مشکل می تواند برجسته تر باشد.
سطح گرمایش فعال در حالت ایده آل باید در جایی قرار گیرد که گردش از جهات مختلف به بخاری می رسد یا جایی که جریان فرآیند عمداً در سراسر منطقه گرمایش هدایت می شود.
فاصله از کف مخزن و دیواره ها نیز باید رسوبات، رسوبات و دسترسی تعمیر و نگهداری را در نظر بگیرد.
زمان گرمایش را می توان از روی خواص سیال تخمین زد
فرض کنید یک مخزن مصور حاوی 600 کیلوگرم محلول شیمیایی با ویسکوزیته بالا با ظرفیت گرمایی ویژه 2.8 کیلوژول/(kg·K) باشد. افزایش دمای مورد نیاز 40 درجه است.
انرژی گرمایی معقول عبارت است از:
Q=mcΔT
Q=600 × 2.8 × 40=67، 200 کیلوژول
این تقریباً برابر با 18.7 کیلووات ساعت است.
با یک بخاری 12 کیلوواتی، زمان ایده‌آل برای گرم کردن معقول-تقریباً خواهد بود:
18.7 ÷ 12=1.56 ساعت
زمان گرمایش واقعی به دلیل اتلاف حرارت مخزن، لوله کشی، تبخیر، بارگذاری قطعه کار و سایر اثرات حرارتی طولانی تر خواهد بود.
این مثال همچنین نشان می دهد که چرا انتخاب بخاری باید از ظرفیت حرارتی ویژه واقعی محلول شیمیایی به جای فرض کردن خواص آب استفاده کند.
توان باید با گرمای واقعی-شرایط انتقال مطابقت داشته باشد
برای حمام هایی با ویسکوزیته بالا، انتخاب بخاری با قدرت بیش از حد می تواند یک محیط حرارتی دشوار ایجاد کند.
یک رویکرد بهتر ایجاد تعادل است:
نرخ گرمایش مورد نیاز
منطقه گرمایش فعال
شار حرارتی متوسط
ظرفیت گردش
ویسکوزیته حمام
دمای عملیاتی
هندسه مخزن
الزامات یکنواختی دما
هدف صرفاً حداکثر قدرت گرمایشی نیست. هدف مفید انتقال حرارت کافی بدون غلظت حرارتی موضعی بیش از حد است.
چه اطلاعاتی باید در تدارکات گنجانده شود؟
یک برنامه شیمیایی با ویسکوزیته بالا-باید ارائه دهد:
ترکیب شیمیایی
ویسکوزیته در دمای راه اندازی
ویسکوزیته در دمای عملیاتی
ظرفیت حرارتی خاص
تراکم
دمای مورد نظر
زمان گرمایش مورد نیاز
ابعاد مخزن
روش گردش
حداقل سطح مایع
برق مورد نیاز بخاری
منبع برق موجود
این اطلاعات اجازه می دهد تا aبخاری غوطه وری PTFEبه جای یک فرض ساده مبتنی بر آب، بر اساس رفتار واقعی سیال طراحی شود.
برای محلول‌های چسبناک، گردش محدود، مخازن عمیق یا بارهای گرمایشی بزرگ، سطح گرمایش سفارشی و هندسه بخاری می‌تواند توزیع حرارتی بهتری را ارائه دهد. پیکربندی نهایی باید شار گرما، گردش خون، عمق غوطه وری و دمای فرآیند را متعادل کند تا گرمایش پایدار در سراسر مخزن شیمیایی حاصل شود.
