A mély technológiai tartályok más termikus problémát okoznak, mint a sekély vegyi fürdők. A felső folyadékréteg elérheti a célhőmérsékletet, míg az alsó rész hűvösebb marad, különösen akkor, ha a keringés gyenge vagy a fűtési zóna egy hely közelében koncentrálódik.
A PTFE merülő fűtőtestmély tartályba szerelve ezért a teljes termikus keringtető rendszer részének kell tekinteni. A fűtőelem hossza, a beépítési mélység, az energiaelosztás, a folyadék mozgása és a hőmérséklet{1}}érzékelő helyzete mind befolyásolja a hőmérséklet stabilitását.
Miért alakulnak ki hőmérsékleti különbségek a mélytartályokban?
Amikor a fűtőberendezés megemeli a közeli folyadék hőmérsékletét, a természetes konvekció a melegebb folyadékot felfelé, míg a hidegebb folyadékot lefelé mozgatja.
Ez a mechanizmus hasznos keringést biztosíthat, de hatékonysága függ a folyadék sűrűségétől, viszkozitásától, hőmérséklet-különbségétől, a tartály geometriájától és a fűtőelem helyzetétől.
Egy mély, korlátozott keringésű tartályban a függőleges távolság elég nagy lehet ahhoz, hogy jelentős hőmérsékleti különbségek maradjanak a felső és alsó régiók között.
A felület közelében elhelyezett hőmérséklet-érzékelő ezért jelezheti a célhőmérsékletet, miközben az alsó folyamatzóna a specifikáció alatt marad.
A fűtőelem hossza határozza meg a fűtési zónát
A rövid fűtőelem a hőbevitelt egyetlen régióba koncentrálja.
Egy hosszabbPTFE merülő fűtőtestnagyobb függőleges távolságra tudja elosztani a fűtést, feltéve, hogy az aktív fűtőrész megfelelően elmerül.
A cél nem egyszerűen a fűtőberendezés meghosszabbítása. Az aktív fűtési területnek meg kell felelnie a tartály hőszabályozást igénylő részének.
Például egy mély tartály, amely magasságának nagy részében folyamatterhelést tartalmaz, előnyös lehet egy hosszabb elosztott fűtési zóna. Az olyan tartály, amelynek csak az alsó része tartalmaz aktív folyamatfolyadékot, más elrendezést igényelhet.
Az áramelosztás számít
Az átlagos fűtőfelületi hőáram a következőképpen becsülhető meg:
q = P/A
aholPaz elektromos fűtési teljesítmény ésAaktív fűtési terület.
Vegyünk egy szemléltető 12 kW-os követelményt:
| Konfiguráció | Hatalom | Aktív fűtési terület | Átlagos hőáram |
|---|---|---|---|
| Rövid koncentrált zóna | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Hosszabb eloszlású zóna | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
| Két elosztott zóna | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Az ábrák tájékoztató jellegűek, és nem jelentenek általános működési határokat.
A növekvő aktív terület ugyanazt a teljes teljesítményt nagyobb felületen oszthatja el. Az, hogy ez jobb teljesítményt eredményez-e, a folyadék keringtetésétől és a tartály tényleges geometriájától függ.
A keringés határozza meg, hogy a hő eléri-e a felső tartályt
A mély tartályhoz hatékony mechanizmusra van szükség a hő mozgatásához a folyamattérfogaton.
A természetes konvekció megfelelő lehet bizonyos alacsony viszkozitású{0}} megoldásokhoz, de a mechanikus cirkuláció kiszámíthatóbb keveredést biztosít.
A szivattyú kiürülési helye fontos. A folyadékot vízszintesen mozgató keringtető rendszer nem feltétlenül szünteti meg a függőleges hőmérséklet-különbségeket, ha a fűtési zóna alul van elhelyezve.
A fűtőberendezés elhelyezkedésének és áramlási irányának kombinációját ezért a berendezés tervezése során értékelni kell.
A hőmérséklet-érzékelő helyzete befolyásolhatja a vezérlés stabilitását
Egyetlen érzékelő ritkán reprezentálja a mély technológiai tartály minden pontját.
Vegyünk egy egyszerűsített példát:
Alsó fűtési zóna: 68 fok
Középső tartály: 62 fok
Felső tartály: 58 fok
Szabályozó alapjel: 60 fok
Ha az érzékelő a felső tartományban található, a fűtőelem tovább működhet, még akkor is, ha az alsó zóna lényegesen melegebb.
Ha az érzékelőt a fűtőelem közelében helyezik el, a szabályozó leállíthatja a fűtést, mielőtt a felső tartály eléri a kívánt hőmérsékletet.
Az üzembe helyezés során végzett hőmérséklet-térképezéssel azonosítható a legreprezentatívabb mérési hely.
Meg kell határozni a minimális folyadékszintet
A mélytartályok jelentős szintváltozásokat tapasztalhatnak a betöltés, leürítés, párolgás és vegyszer utánpótlás során.
Az aktív fűtési zónának normál üzemi körülmények között a tervezett merülési tartományon belül kell maradnia.
A gyakorlati tervezésnek meg kell határoznia:
Maximális folyadékszint → normál üzemi szint → minimális folyadékszint
A minimális szintnek kompatibilisnek kell lennie az aktív fűtőszakasszal és a védelmi rendszerrel.
A szintérzékelés és a független túlmelegedés elleni védelem további biztosítékokat jelenthet, ha a folyamat körülményei ezt indokolják.
Mélytartály fűtési idejének becslése
Tegyük fel, hogy egy mély technológiai tartály 1200 kg oldatot tartalmaz. 3,6 kJ/(kg·K) szemléltető fajlagos hőkapacitást használva a szükséges hőmérsékletnövekedés 25 fok.
Az ésszerű fűtési energia:
Q=mcΔT
Q=1,200 × 3,6 × 25=108,000 kJ
Ez körülbelül 30 kWh-nak felel meg.
Egy 15 kW-os fűtőberendezésnél az ideális ésszerű-fűtési idő a következő lenne:
30 ÷ 15=2 óra
A tényleges felfűtési idő hosszabb lesz a tartály -falának veszteségei, a felületi párolgás, a csövek, a munkadarab terhelése és egyéb hőveszteségek miatt.
A számítás segít megállapítani, hogy a szükséges fűtőteljesítmény összhangban van-e a kívánt indítási vagy helyreállítási idővel.
Több fűtési zóna javíthatja a szabályozást
Nagyon mély tartályokhoz, több egymástól függetlenül vezérelhetőPTFE merülő fűtőtestA zónák nagyobb rugalmasságot biztosíthatnak, mint egy folyamatosan feszültség alatt álló fűtőszakasz.
A különálló zónák segíthetik a hőbevitelt a különböző tartályrégiókhoz igazítani, vagy kompenzálhatják az egyenlőtlen hőveszteségeket.
Azonban több zóna több elektromos vezérlést és hőmérséklet-felügyeletet is igényel. A további bonyolultságot a folyamat termikus viselkedésével kell indokolni.
Kiválasztási adatok a mélyfeldolgozási tartályokhoz
A teljes specifikációnak tartalmaznia kell:
A tartály mélysége és átmérője
Normál és minimális folyadékszint
Szükséges fűtési teljesítmény
Célhőmérséklet és megengedett eltérés
Kémiai koncentráció
Folyadék viszkozitása
Keringési módszer
Fűtés aktív hossza
A fűtés beépítési helyzete
Hőmérséklet{0}}érzékelő helyei
Elektromos ellátás
Működési ciklus
A mély tartályban a hőmérséklet fenntartása tehát nem egyszerűen a fűtőteljesítmény növelésének kérdése. Egy alkalmasPTFE merülő fűtőtestA fűtőfelületet olyan helyre kell helyezni, ahol a hő hatékonyan átadható a folyamatfolyadékba, miközben a megfelelő keringést és a biztonságos merülési mélységet fenntartja.
Mély, keskeny vagy termikusan nem{0}}egyenletes tartályok esetén testreszabott fűtőhossz és több-zónás elrendezés alakítható ki az aktuális folyadékszint, keringési minta, fűtési terhelés és a rendelkezésre álló beépítési hely alapján.
