یک مخزن شیمیایی می تواند حاوی همان حجم مایع باشد اما از یک دسته تولید به دسته دیگر بسیار متفاوت عمل می کند. تغییرات در غلظت مواد شیمیایی می تواند چگالی مایع، ویسکوزیته، ظرفیت گرمایی و گردش خون را تغییر دهد. این تغییرات به طور مستقیم بر چگونگی یکبخاری غوطه وری PTFEگرما را به داخل حمام منتقل می کند.
برای مهندسانی که تجهیزات گرمایشی را اندازه می‌کنند، چگالی مایع باید همراه با غلظت و خواص حرارتی در نظر گرفته شود تا اینکه به‌عنوان یک مشخصات جدا شده در نظر گرفته شود.
چگالی جرم واقعی گرم شدن را تغییر می دهد
ظرفیت مخزن معمولاً بر حسب لیتر یا متر مکعب بیان می شود، در حالی که محاسبات گرمایش به جرم بستگی دارد.
رابطه اساسی این است:
m = ρV
کجاmجرم مایع است،ρچگالی است وVحجم مایع است.
به عنوان مثال، یک مخزن 1000 لیتری حاوی محلولی با چگالی 1.20 کیلوگرم در لیتر تقریباً حاوی 1200 کیلوگرم مایع است.
اگر همان مخزن دارای محلول با چگالی کمتر 1.00 کیلوگرم در لیتر باشد، جرم مایع تنها حدود 1000 کیلوگرم است.
این تفاوت بر میزان انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای حمام تأثیر می گذارد.
برای گرمایش معقول:
Q=mcΔT
بنابراین، دو مایع که حجم مخزن یکسانی را اشغال می کنند، زمانی که چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه آنها متفاوت است، می توانند به انرژی گرمایش متفاوتی نیاز داشته باشند.
چگالی به تنهایی انتقال حرارت را تعیین نمی کند
یک سوء تفاهم رایج مهندسی این است که فرض کنیم چگالی بالاتر به طور خودکار به معنای انتقال حرارت ضعیف تر یا بهتر است.
چگالی تنها یک بخش از-تصویر ویژگی سیال است.
انتقال حرارت در اطراف بخاری غوطه‌وری PTFE نیز تحت‌تاثیر ویسکوزیته، ظرفیت گرمایی ویژه، هدایت حرارتی، سرعت مایع، هندسه بخاری و اختلاف دما قرار می‌گیرد.
یک رابطه ساده شده عبارت است از:
Q=hAΔT
اینجا،hنشان دهنده ضریب انتقال حرارت موثر-وAمنطقه گرمایش فعال را نشان می دهد.
چگالی می تواند بر رفتار سیال تأثیر بگذارد، اما به طور مستقیم مقدار آن را ارائه نمی کندh. حرکت سیال و ویسکوزیته می توانند به همان اندازه مهم باشند.
راه حل های متمرکز می توانند چندین ویژگی را با هم تغییر دهند
در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی، با افزایش غلظت مواد شیمیایی محلول، چگالی افزایش می یابد. در همان زمان، ویسکوزیته و ظرفیت گرمایی ویژه ممکن است تغییر کند.
این یک جلوه طراحی ترکیبی ایجاد می کند.
یک محلول غلیظ ممکن است دارای جرم بیشتری در واحد حجم باشد و بار گرمایش معقول-را افزایش دهد. اگر ویسکوزیته نیز افزایش یابد، گردش در اطراف بخاری ممکن است کمتر موثر باشد.
نتیجه می تواند فرآیندی باشد که در آن همان توان اسمی بخاری، پس از تغییر غلظت شیمیایی، پاسخ دمایی متفاوتی را ایجاد می کند.
به همین دلیل، محاسبات گرمایش تنها بر اساس حجم مخزن می تواند برای محلول های شیمیایی غلیظ نادرست شود.
چرا مساحت سطح بخاری هنوز مهم است؟
فرض کنید یک فرآیند به 12 کیلووات توان گرمایشی نیاز دارد.
یک بخاری فشرده با یک منطقه فعال کوچک و یک بخاری طولانی تر با یک منطقه فعال بزرگتر، هر دو می توانند 12 کیلو وات الکتریکی را تامین کنند. با این حال، میانگین شار حرارتی سطح آنها متفاوت خواهد بود.
محاسبه ساده به صورت زیر است:
q = P/A
کجاqشار حرارتی متوسط است.
دو پیکربندی گویا را در نظر بگیرید:
| چیدمان بخاری | قدرت | منطقه گرمایش فعال | شار حرارتی متوسط |
|---|---|---|---|
| پیکربندی فشرده | 12 کیلو وات | 0.60 m² | 20 کیلووات بر متر مربع |
| پیکربندی توزیع شده | 12 کیلو وات | 1.20 m² | 10 کیلووات بر متر مربع |
این مقادیر گویا هستند و محدودیت های عملیاتی جهانی PTFE را نشان نمی دهند.
آرایش توزیع شده می تواند شار حرارتی سطح متوسط کمتری را فراهم کند، اما عملکرد واقعی همچنان به گردش، هندسه نصب، شیمی حمام، و ساخت بخاری بستگی دارد.
حرکت مایع می تواند به عامل محدود کننده تبدیل شود
هنگامی که یک محلول شیمیایی متراکم یا چسبناک به آرامی حرکت می کند، گرما ممکن است در اطراف سطح بخاری سریعتر از انتقال آن به حمام اطراف جمع شود.
این می تواند یک اختلاف دمای موضعی بین مایع بلافاصله در اطراف بخاری و محلول حجیم ایجاد کند.
سنسور دمای مخزن ممکن است هنوز میانگین دمای مورد نظر را گزارش کند در حالی که سطح بخاری شرایط متفاوتی را تجربه می کند.
بنابراین هم زدن مکانیکی، گردش پمپ، فاصله بخاری و محل نصب باید با هم ارزیابی شوند.
برای مخازن بزرگ شیمیایی، توزیع مناطق گرمایشی نیز می تواند به جلوگیری از تمرکز بار حرارتی در یک منطقه کمک کند.
چگالی باید در گرمایش{0}}محاسبات زمان لحاظ شود
یک محلول شیمیایی 1500 لیتری با چگالی 1.15 کیلوگرم در لیتر را در نظر بگیرید. جرم مایع تقریبی:
متر=1.15 × 1،500=1، 725 کیلوگرم
اگر ظرفیت گرمایی ویژه 2/3 کیلوژول/(kg·K) فرض شود و افزایش دمای مورد نیاز 30 درجه باشد:
Q=1، 725 × 3.2 × 30=165، 600 کیلوژول
این تقریباً برابر با 46 کیلووات ساعت انرژی گرمایش معقول است.
یک بخاری 20 کیلوواتی از نظر تئوری حدود 2.3 ساعت در شرایط ایده آل نیاز دارد. زمان واقعی گرمایش طولانی تر خواهد بود زیرا دیواره های مخزن، لوله ها، قطعات کار، تبخیر و تلفات حرارتی محیطی نیز انرژی مصرف می کنند.
این محاسبه نشان می‌دهد که چرا چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه باید هنگام تخمین ظرفیت گرمایشی لحاظ شود.
چه داده هایی باید برای انتخاب بخاری ارائه شود؟
برای یک فرآیند شیمیایی با استفاده از aبخاری غوطه وری PTFEاطلاعات مفید مایع شامل موارد زیر است:
چگالی مایع یا وزن مخصوص
غلظت شیمیایی
ظرفیت حرارتی خاص
ویسکوزیته
هدایت حرارتی در صورت وجود
محدوده دمای عملیاتی
نرخ گرمایش مورد نیاز
روش گردش یا هم زدن
سطح مایع نرمال و حداقل
ابعاد مخزن
بنابراین، چگالی بهتر است به عنوان بخشی از یک نمایه{0}}حرارتی گسترده تر در نظر گرفته شود.
هنگامی که چگالی با غلظت شیمیایی به طور قابل توجهی تغییر می کند، اندازه بخاری باید در محدوده عملیاتی واقعی بررسی شود نه در شرایط اسمی واحد. ترکیب ویژگی‌های سیال با مساحت سطح گرمایش، توزیع نیرو، گردش خون و هندسه مخزن، مبنای مطمئن‌تری را برای انتخاب بخاری غوطه‌وری PTFE و طراحی صنعتی سفارشی فراهم می‌کند.
