به نظر می رسد که مخازن شیمیایی کوچک اغلب به راحتی گرم می شوند زیرا حجم مایع محدود است. در عمل، مخازن فشرده می توانند شرایط حرارتی دشواری ایجاد کنند: بخاری از نظر فیزیکی به دیواره مخزن نزدیک است، گردش مایع محدود شده است، و کل حمام ممکن است فقط حجم کمی در اطراف منطقه گرمایش فعال داشته باشد.
A بخاری غوطه وری PTFEبنابراین باید بر اساس توزیع گرما به جای حجم مخزن به تنهایی انتخاب شود. ورودی گرمای محلی بیش از حد می تواند گرادیان های دما را ایجاد کند حتی زمانی که دمای متوسط حمام قابل قبول به نظر می رسد.
چرا تانک های کوچک حساس تر هستند؟
در یک مخزن بزرگ، گرمای تولید شده توسط یک بخاری غوطه وری حجم مایع بیشتری برای توزیع در دسترس دارد. یک مخزن کوچک فاصله کمتری بین بخاری، دیواره مخزن، پایین و سنسور دما ایجاد می کند.
اگر بخاری در یک منطقه محدود با قدرت بالا کار کند، مایع اطراف می تواند به سرعت گرم شود قبل از اینکه همرفت انرژی را در سراسر مخزن توزیع کند.
رابطه اساسی باقی می ماند:
Q=hAΔT
هنگامی که حرکت مایع محدود است، ضریب انتقال حرارت موثر-hمی تواند کاهش یابد. حفظ قدرت یکسان ممکن است به اختلاف دمای بیشتری بین سطح بخاری و محلول توده نیاز داشته باشد.
این یکی از دلایلی است که مخازن فشرده نباید به طور خودکار از بالاترین وات بخاری موجود استفاده کنند.
شار حرارتی موضعی کمتر می تواند کمک کند
میانگین شار حرارتی سطح گرمایش را می توان به صورت زیر تخمین زد:
q = P/A
کجاPبرق بخاری است وAمنطقه گرمایش فعال است.
دو پیکربندی 6 کیلوواتی را در نظر بگیرید:
| پیکربندی بخاری | قدرت | منطقه فعال | شار حرارتی متوسط |
|---|---|---|---|
| منطقه گرمایش فشرده | 6 کیلو وات | 0.40 m² | 15 کیلووات بر متر مربع |
| منطقه گرمایش توزیع شده | 6 کیلو وات | 0.80 m² | 7.5 کیلووات بر متر مربع |
مقادیر به جای محدودیت های عملیاتی جهانی PTFE نمونه هایی هستند.
با همان توان کل، افزایش سطح گرمایش موثر میانگین شار گرما را کاهش می دهد. اینکه آیا این طرح کاربردی است یا خیر، بستگی به ابعاد مخزن، گردش مایع، ساخت بخاری و میزان گرمایش مورد نیاز دارد.
هندسه بخاری باید با ابعاد مخزن مطابقت داشته باشد
یک مخزن شیمیایی فشرده ممکن است از چند جهت فاصله محدودی داشته باشد.
بخاری که خیلی نزدیک به دیواره مخزن باشد می تواند حرکت مایع را در اطراف بخشی از سطح فعال محدود کند. بخاری نصب شده خیلی نزدیک به پایین می تواند یک منطقه گرم متمرکز در نزدیکی رسوبات یا رسوبات ایجاد کند.
بنابراین بخش گرمایش فعال باید با حجم مایع اطراف کافی قرار گیرد.
برای مخازن باریک، چیدمان گرمایش طولانی‌تر و پراکنده‌تر گاهی اوقات می‌تواند توزیع گرمای بهتری را نسبت به یک منطقه گرمایش کوتاه و بسیار متمرکز ایجاد کند.
هندسه مناسب به دهانه واقعی مخزن، عمق مایع، لوله کشی داخلی و ظرفیت گرمایش مورد نیاز بستگی دارد.
گردش خون در حجم های کوچک بسیار مهم است
همرفت طبیعی می‌تواند برای برخی از برنامه‌های{0}کم توان کافی باشد، اما زمانی که محلول ویسکوز باشد یا قدرت بخاری نسبتاً زیاد باشد، کمتر قابل پیش‌بینی می‌شود.
گردش یا هم زدن مکانیکی می تواند انتقال گرما را به دور از سطح گرمایش بهبود بخشد.
با این حال، گردش خون نباید آنقدر تهاجمی باشد که پاشش شیمیایی به مناطق اتصال الکتریکی برسد. آرایش هیدرولیک و نصب بخاری باید با هم در نظر گرفته شوند.
یک سؤال مفید طراحی صرفاً وجود گردش خون نیست، بلکه این است که آیا حرکت مایع کافی به کل سطح گرمایش فعال می رسد یا خیر.
سنسورهای دما نیاز به قرار دادن دقیق دارند
مخازن کوچک به ویژه به موقعیت سنسور حساس هستند.
سنسوری که خیلی نزدیک به بخاری نصب شده است ممکن است ناحیه گرم شده محلی را تشخیص دهد. سپس کنترل کننده می تواند خروجی بخاری را کاهش دهد در حالی که مناطق دیگر زیر دمای مورد نظر باقی می مانند.
سنسوری که خیلی دور از مسیر گردش قرار دارد ممکن است رفتار مخالف را نشان دهد.
برای مخازن فشرده، سنسور دما باید منطقه فرآیندی را که در واقع مهم است را نشان دهد، در حالی که از اندازه گیری مستقیم لایه مرزی حرارتی فوری بخاری اجتناب می کند.
در جاهایی که یکنواختی دما بسیار مهم است، نقشه برداری دما در چندین مکان می تواند تفاوت هایی را نشان دهد که خواندن یک کنترل کننده نمی تواند نشان دهد.
حفاظت سطح مایع خطر حرارتی را کاهش می دهد
مخازن کوچک می توانند تغییرات قابل توجهی در سطح مایع- در طول بارگیری، تبخیر، تخلیه، یا حرکت قطعه کار تجربه کنند.
اگر مایع به زیر قسمتی از ناحیه گرمایش فعال بیفتد، بخش در معرض اثر خنک کننده طبیعی محلول را از دست می دهد.
یک مناسببخاری غوطه وری PTFEبنابراین نصب باید حداقل سطح مایع را به وضوح تعریف کند. سوئیچ های سطح، حفاظت از دما، و اینترلاک های کنترلی را می توان در مواردی که طراحی فرآیند نیاز دارد، به کار برد.
منطقه گرمایش فعال باید در طول عملیات عادی در محدوده غوطه وری مورد نظر باقی بماند.
یک گرمای ساده-بررسی تعادل
فرض کنید یک محلول شیمیایی 250 لیتری دارای جرم تقریبی 300 کیلوگرم است و به 30 درجه افزایش دما نیاز دارد. با استفاده از ظرفیت حرارتی ویژه 3.5 کیلوژول/(kg·K):
Q=mcΔT
Q=300 × 3.5 × 30=31، 500 کیلوژول
این تقریباً برابر با 8.75 کیلووات ساعت انرژی گرمایش محسوس است.
یک بخاری 6 کیلوواتی از نظر تئوری حدود 1.46 ساعت در شرایط ایده آل نیاز دارد. زمان گرمایش واقعی طولانی تر خواهد بود زیرا گرما نیز از طریق دیواره مخزن، سطح، لوله کشی و محیط اطراف از دست می رود.
این محاسبه به جلوگیری از اندازه بیش از حد بخاری بر اساس تمایل به راه اندازی سریعتر کمک می کند.
بررسی های طراحی عملی برای مخازن کوچک
قبل از انتخاب یک بخاری غوطه وری PTFE، چندین پارامتر باید با هم بررسی شوند:
حجم و ابعاد مخزن
سطح مایع نرمال و حداقل
نرخ گرمایش مورد نیاز
سطح گرمایش فعال
شار حرارتی متوسط
ویسکوزیته و گردش مایع
بخاری-به-دیوار و بخاری-به-پایین
موقعیت{0}}حسگر دما
غلظت شیمیایی و دمای عملیاتی
توان الکتریکی و روش کنترل
برای مخازن شیمیایی کوچک، گرمای بیش از حد موضعی معمولاً یک مشکل طراحی سیستم است و نه صرفاً یک مشکل برق بخاری-. یک سطح گرم کننده خوب-توزیع شده، گردش خون مناسب، قرارگیری صحیح سنسور، و حفاظت از سطح مایع{4} قابل اعتماد می تواند به حفظ محیط حرارتی پایدارتر کمک کند.
هنگامی که فضای مخزن محدود می شود یا فرآیند با تحمل دمایی محدود عمل می کند، سفارشی سازی شده استبخاری غوطه وری PTFEهندسه را می توان حول عمق واقعی مایع، فاصله در دسترس، توان مورد نیاز و شرایط نصب طراحی کرد.
