A nagy-viszkozitású vegyi oldatok más melegítési problémát okoznak, mint az alacsony viszkozitású fürdők. A fűtőberendezés elérheti a szükséges elektromos teljesítményt, de a tartály továbbra is lassú hőmérséklet-visszaállást vagy erős hőmérséklet-különbségeket mutathat a fűtőfelület és a folyadék többi része között.
APTFE merülő fűtőtest, a viszkozitás befolyásolja, hogy a hő milyen hatékonyan távolodik el a fűtőfelületről. Ezért a fűtőteljesítményt, az aktív felületet, a keringést, a beépítési helyzetet és a tartály geometriáját együtt kell figyelembe venni.
Miért változtatja meg a viszkozitás a fűtési teljesítményt?
Amikor egy folyadék viszkózusabbá válik, az áramlással szembeni ellenállása megnő. A természetes konvekció gyengülhet, miközben a szivattyúkból vagy keverőkből származó keringés is kevésbé hatékony.
A merülő fűtőtest hőátadása a következőképpen egyszerűsíthető:
Q=hAΔT
aholQhőátadják,haz effektív hőátbocsátási{0}}együttható,Aaktív fűtőkör, ésΔTa fűtőfelület és a környező folyadék közötti hőmérsékletkülönbség.
Ha a folyadék mozgása a fűtőelem körül korlátozott,hcsökkenhet. Ekkor nagyobb hőmérséklet-különbségre lehet szükség ugyanannyi hő átviteléhez.
A magas viszkozitás forró réteget hozhat létre a fűtőelem körül
A nagy -viszkozitású oldat lassan távolodhat a fűtőfelülettől.
A fűtőtestet közvetlenül körülvevő folyadék ezért lényegesen melegebbé válhat, mint az ömlesztett oldat.
Ez két problémát vet fel.
Az első a hőmérséklet egyenetlensége-. A második a megnövelt hőterhelés a fűtőfelületen.
A fűtőtesttől távol elhelyezett tartályérzékelő továbbra is a célérték alatti hőmérsékletet mutathat, még akkor is, ha a fűtőfelületet közvetlenül körülvevő folyadék már sokkal melegebb.
A fűtőtest teljesítményének pusztán növelése súlyosbíthatja ezt az állapotot.
A fűtési felület fontosabbá válik
Az átlagos fűtőfelületi hőáram a következőképpen becsülhető meg:
q = P/A
aholPaz elektromos teljesítmény ésAaktív fűtési terület.
Vegyünk egy szemléltető 10 kW fűtési igényt:
| Konfiguráció | Hatalom | Aktív fűtési terület | Átlagos hőáram |
|---|---|---|---|
| Kompakt fűtőtest | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Közepes{0}}felületű fűtés | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Elosztott fűtés | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Ezek az ábrák szemléltető számítások, nem általánosan megengedett PTFE működési értékek.
A növekvő aktív terület ugyanazt az elektromos energiát nagyobb felületen oszthatja el. Az, hogy ez javítja-e a folyamat tényleges teljesítményét, a keringéstől, a kémiai tulajdonságoktól, a fűtőtest geometriájától és a tartály méretétől függ.
A hőmérséklet-változások befolyásolhatják a viszkozitást
Sok kémiai folyadék a hőmérséklet emelkedésével kevésbé viszkózussá válik.
Ez fontos dinamikát hoz létre az indítás során.
A melegítés kezdetén az oldat viszonylag viszkózus lehet, és rossz a keringés. A hőmérséklet emelkedésével csökkenhet a viszkozitás, és javulhat a folyadék mozgása.
A fűtési rendszer ezért eltérően viselkedhet indításkor és állandósult{0}}üzem közben.
Ha a kezdeti viszkozitás lényegesen magasabb, akkor előfordulhat, hogy a csak az állandósult állapotú-állapotból méretezett fűtőelem nem biztosít elegendő indítási teljesítményt.
A mechanikus keringtetésnek meg kell felelnie a folyadéknak
Nagy viszkozitású megoldások esetén mechanikus keringtetésre lehet szükség, hogy a hőt a tartályon keresztül továbbítsa.
A névleges szivattyúteljesítmény azonban önmagában nem garantálja a hatékony hőátadást.
Az áramlási útvonalnak el kell érnie a fűtési zónát, és a felmelegített folyadékot a tartály hidegebb részei felé kell szállítania.
A fűtőtestet megkerülő keringető rendszer nagy áramlási sebességgel rendelkezhet, miközben továbbra is gyenge helyi hőátadást produkál.
Ezért a keverőberendezés helyzetét, a szivattyú bemenetét, a nyomócsövet, a belső csöveket és a fűtőelem elhelyezését teljes rendszerként kell értékelni.
A fűtőelem helyzete csökkentheti a stagnáló zónákat
A sarokban vagy a tartály falához közel telepített fűtőberendezés gyenge folyadékcserét tapasztalhat.
A viszkózus oldatok esetében ez a probléma hangsúlyosabb lehet.
Az aktív fűtőfelületet ideálisan ott kell elhelyezni, ahol a keringés több irányból is eléri a fűtőtestet, vagy ahol a folyamat áramlását szándékosan a fűtési zónán keresztül irányítják.
A tartály fenekétől és falától való távolságnak figyelembe kell vennie az üledékeket, lerakódásokat és a karbantartási hozzáférést is.
A fűtési idő a folyadék tulajdonságaiból becsülhető
Tegyük fel, hogy egy szemléltető tartály 600 kg nagy -viszkozitású vegyi oldatot tartalmaz, amelynek fajlagos hőkapacitása 2,8 kJ/(kg·K). A szükséges hőmérséklet-emelkedés 40 fok.
Az ésszerű fűtési energia:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Ez körülbelül 18,7 kWh-nak felel meg.
Egy 12 kW-os fűtőberendezésnél az ideális ésszerű{1}}fűtési idő körülbelül:
18,7 ÷ 12=1.56 óra
A tényleges felfűtési idő hosszabb lesz a tartály hővesztesége, a csövek, a párolgás, a munkadarab terhelés és egyéb hőhatások miatt.
A példa azt is bemutatja, hogy a fűtőelem kiválasztásánál miért kell a vegyi oldat tényleges fajlagos hőkapacitását használni, nem pedig a víz tulajdonságait.
A teljesítménynek meg kell egyeznie a tényleges hőátadási{0}}feltétellel
Nagy viszkozitású fürdők esetén a túlzott teljesítményű fűtőberendezés kiválasztása nehéz termikus környezetet teremthet.
Jobb megközelítés az egyensúly megteremtése:
Szükséges fűtési sebesség
Aktív fűtési terület
Átlagos hőáram
Keringési kapacitás
A fürdő viszkozitása
Üzemi hőmérséklet
A tartály geometriája
A hőmérséklet egyenletességének követelménye
A cél nem egyszerűen a maximális fűtési teljesítmény. A hasznos cél a megfelelő hőátadás túlzott helyi hőkoncentráció nélkül.
Milyen információkat kell tartalmaznia a beszerzésben?
A nagy viszkozitású vegyi alkalmazásnak a következőket kell biztosítania:
Kémiai összetétel
Viszkozitás az indítási hőmérsékleten
Viszkozitás üzemi hőmérsékleten
Fajlagos hőkapacitás
Sűrűség
Célhőmérséklet
Szükséges fűtési idő
A tartály méretei
Keringési módszer
Minimális folyadékszint
Szükséges fűtőteljesítmény
Elérhető elektromos betáplálás
Ez az információ lehetővé teszi aPTFE merülő fűtőtesta folyadék tényleges viselkedése alapján kell megtervezni, nem pedig egyszerűsített víz{0}}alapú feltételezés alapján.
Különösen viszkózus megoldások, korlátozott keringés, mély tartályok vagy nagy fűtési terhelések esetén az egyedi fűtőfelület és a fűtőgeometria jobb hőeloszlást biztosít. A végső konfigurációnak egyensúlyba kell hoznia a hőáramot, a keringést, a merülési mélységet és a folyamat hőmérsékletét, hogy a vegyszertartály egészében stabil felmelegedés érhető el.
