یک مخزن شیمیایی می تواند قدرت بخاری کافی داشته باشد و همچنان برای رسیدن به دمای فرآیند یکنواخت تلاش کند. یک دلیل رایج، گردش ناکافی مایع در اطراف استبخاری غوطه وری PTFE.
هنگامی که مایع گرم شده به جای حرکت در مخزن، نزدیک به سطح بخاری باقی می ماند، گرادیان دما ایجاد می شود. کنترل کننده ممکن است دمای مورد نظر را گزارش کند در حالی که مناطق سردتر در جای دیگری در مخزن فرآیند باقی می مانند.
بنابراین برای تجهیزات شیمیایی، انتخاب بخاری و حرکت مایع باید به عنوان یک مشکل{0}}طراحی حرارتی در نظر گرفته شود.
گرما باید از بخاری دور شود
بخاری غوطه ور انرژی الکتریکی را در سطح فعال خود به انرژی حرارتی تبدیل می کند. مایع اطراف باید آن گرما را دور کند.
یک رابطه انتقال حرارت{0} ساده شده عبارت است از:
Q=hAΔT
کجاQگرما منتقل می شود،hضریب انتقال{0} گرمای مؤثر است،Aمساحت سطح را گرم می کند وΔTاختلاف دما بین سطح گرمایش و مایع اطراف است.
گردش مایع تاثیر می گذاردh. هنگامی که جریان در اطراف بخاری ضعیف است، لایه مرزی حرارتی می تواند ضخیم تر شود و انتقال حرارت ممکن است کمتر موثر باشد.
بخاری ممکن است همچنان توان الکتریکی مورد انتظار را مصرف کند، اما توزیع دما در داخل مخزن ممکن است ناهموار شود.
همرفت طبیعی همیشه کافی نیست
وقتی مایع نزدیک بخاری گرمتر می‌شود، چگالی آن می‌تواند تغییر کند و همرفت طبیعی شروع شود. این می تواند گردش خون را بدون پمپ ایجاد کند.
با این حال، اثربخشی جابجایی طبیعی به خواص سیال، اختلاف دما، هندسه مخزن، جهت بخاری و ویسکوزیته بستگی دارد.
یک مایع با ویسکوزیته کم-در یک مخزن عمیق ممکن است نسبتاً به راحتی گردش کند. یک محلول شیمیایی غلیظ یا چسبناک می تواند رفتار متفاوتی داشته باشد.
به همین دلیل است که نمی توان انتظار داشت بخاری که در یک حمام شیمیایی عملکرد خوبی دارد، به طور خودکار یکنواختی دما را در حمام دیگر با خواص سیال متفاوت ارائه دهد.
گردش مکانیکی محیط حرارتی را تغییر می دهد
پمپ ها، همزن ها و جریان فرآیند می توانند به طور قابل توجهی حرکت مایع را در اطراف سطح گرمایش افزایش دهند.
نکته مهم صرفاً دبی اسمی پمپ نیست. جهت جریان و سرعت محلی اطراف بخاری نیز مهم است.
به عنوان مثال، یک خط برگشت ممکن است گردش قوی در نزدیکی یک طرف مخزن ایجاد کند در حالی که طرف مقابل را نسبتاً راکد می گذارد.
به همین ترتیب، بخاری نصب شده مستقیماً در مقابل جریان تخلیه قوی ممکن است شرایط انتقال گرما{0} بسیار متفاوتی را از بخاری دیگری که در یک گوشه جریان کم- قرار دارد، تجربه کند.
بنابراین محل بخاری باید همراه با الگوی گردش ارزیابی شود.
موقعیت بخاری می تواند بر گردش خون تأثیر بگذارد
A بخاری غوطه وری PTFEنصب خیلی نزدیک به دیواره مخزن می تواند حرکت مایع را در اطراف بخشی از سطح گرمایش آن محدود کند.
لوله های داخلی و اجزای ساختاری می توانند مناطق مرده مشابهی ایجاد کنند.
برای یک مخزن فشرده، چندین بعد باید بررسی شود:
بخاری-به-تخلیه دیوار
بخاری-تا-خلاصه پایین
فاصله از لوله کشی داخلی
فاصله از پریزهای گردش
فاصله از مناطق بارگیری قطعه کار
جهت بخش گرمایش فعال
هدف حفظ تبادل مایع کافی در اطراف سطح فعال بدون ایجاد محدودیت های جریان غیر ضروری است.
منطقه گرمایش و گردش خون با هم کار می کنند
یک مورد نیاز گرمایشی 12 کیلوواتی را در نظر بگیرید.
| چیدمان گرمایش | قدرت | منطقه فعال | شار حرارتی متوسط | وضعیت گردش خون |
|---|---|---|---|---|
| منطقه فشرده | 12 کیلو وات | 0.60 m² | 20 کیلووات بر متر مربع | ضعیف |
| منطقه توزیع شده | 12 کیلو وات | 1.20 m² | 10 کیلووات بر متر مربع | متوسط |
| منطقه توزیع شده | 12 کیلو وات | 1.20 m² | 10 کیلووات بر متر مربع | قوی |
میانگین شار حرارتی از:
q = P/A
این ارقام به جای محدودیت‌های عملیاتی جهانی، گویا هستند.
مقایسه نشان می دهد که چرا قدرت به تنهایی عملکرد حرارتی را توصیف نمی کند. همان 12 کیلووات می تواند شرایط عملیاتی متفاوتی را بسته به ناحیه گرمایش و حرکت مایع ایجاد کند.
گردش ضعیف می تواند کنترل دما را مختل کند
فرض کنید یک حسگر دما در یک بخش خوب-مخلوط مخزن قرار دارد در حالی که بخاری در یک منطقه جریان کم- قرار دارد.
سنسور ممکن است به آرامی به دمای مورد نظر برسد و باعث می شود کنترلگر برای مدت طولانی تری گرمایش را حفظ کند. در همین حال، مایعی که بلافاصله بخاری را احاطه کرده است می تواند به طور قابل توجهی گرمتر از دمای حجمی اندازه گیری شده باشد.
هنگامی که سنسور نزدیک به یک مسیر گردش قوی قرار گرفته باشد، در حالی که ناحیه دیگری به خوبی مخلوط نشده باشد، وضعیت برعکس نیز ممکن است رخ دهد.
نقشه برداری دما در چندین نقطه می تواند به شناسایی این شرایط در هنگام راه اندازی کمک کند.
ویسکوزیته گردش خون را مهم تر می کند
غلظت شیمیایی می تواند بر ویسکوزیته تأثیر بگذارد. با افزایش ویسکوزیته، حرکت سیال ممکن است دشوارتر شود و همرفت طبیعی ضعیف شود.
این می تواند اهمیت گردش مکانیکی را افزایش دهد، به ویژه هنگامی که به قدرت گرمایش قابل توجهی نیاز است.
بنابراین، فرآیندی با ویسکوزیته بالا نباید با استفاده از مفروضات گردش آب{0}}بدون بررسی خواص واقعی سیال، اندازه شود.
طراحی حرارتی باید چگالی، ویسکوزیته، ظرفیت گرمایی ویژه، دمای عملیاتی و روش گردش را با هم در نظر بگیرد.
نحوه ارزیابی گردش خون در حین انتخاب
چندین سؤال عملی را می توان در مشخصات تجهیزات گنجاند:
نرخ جریان نرمال فرآیند چقدر است؟
مایع از کجا وارد مخزن می شود و از کجا خارج می شود؟
آیا همزن مکانیکی موجود است؟
کدام قسمت های مخزن گردش خون ضعیفی دارند؟
بخاری در کجا نصب می شود؟
دما در کجا اندازه گیری می شود؟
آیا ویسکوزیته به طور قابل توجهی با دما یا غلظت تغییر می کند؟
این جزئیات به تعیین اینکه آیا یک منطقه گرمایش توزیع شده یا چندین منطقه کوچکتر مناسب تر هستند کمک می کند.
گردش خون باید قبل از افزایش قدرت در نظر گرفته شود
اگر یک مخزن یکنواختی دمایی ضعیفی داشته باشد، صرفاً افزایش وات بخاری می‌تواند بار حرارتی محلی را بدون حل مشکل گردش خون افزایش دهد.
یک رویکرد بهتر این است که مساحت سطح گرمایش، موقعیت بخاری، جهت جریان، مکان حسگر دما{0}}و خواص سیال را با هم بررسی کنیم.
برای یکبخاری غوطه وری PTFE، انتقال حرارت کارآمد به بیش از ورودی الکتریکی بستگی دارد. حرکت مایع کافی به انتقال گرما از سطح PTFE به حجم فرآیند کمک می کند و از دمای ثابت حمام پشتیبانی می کند.
هنگامی که گردش خون محدود است، هندسه مخزن نامنظم است، یا محلول شیمیایی ویسکوزیته بالایی دارد، می توان یک آرایش گرمکن سفارشی در اطراف الگوی جریان واقعی، ناحیه گرمایش فعال، عمق غوطه وری و دمای فرآیند مورد نیاز ایجاد کرد.
