Egy vegyszertartály ugyanannyi folyadékot tartalmazhat, de gyártási tételenként nagyon eltérően viselkedik. A kémiai koncentráció változása megváltoztathatja a folyadék sűrűségét, viszkozitását, hőkapacitását és keringését. Ezek a változások közvetlenül befolyásolják, hogyan aPTFE merülő fűtőtesthőt ad át a fürdőbe.
A fűtőberendezések méretezését végző mérnökök számára ezért a folyadéksűrűséget a koncentrációval és a termikus tulajdonságokkal együtt kell figyelembe venni, nem pedig elszigetelt specifikációként.
A sűrűség megváltoztatja a tényleges fűtött tömeget
A tartály kapacitását általában literben vagy köbméterben adják meg, míg a fűtési számítások a tömegtől függenek.
Az alapvető kapcsolat a következő:
m = ρV
aholmfolyékony tömeg,ρa sűrűség, ésVfolyadék térfogata.
Például egy 1000 literes tartály, amely 1,20 kg/l sűrűségű oldatot tartalmaz, körülbelül 1200 kg folyadékot tartalmaz.
Ha ugyanabban a tartályban 1,00 kg/L-es kisebb-sűrűségű oldat van, a folyadék tömege csak körülbelül 1000 kg.
Ez a különbség befolyásolja a fürdő hőmérsékletének emeléséhez szükséges energia mennyiségét.
Az ésszerű fűtéshez:
Q=mcΔT
Ezért két, azonos tartálytérfogatot elfoglaló folyadék eltérő fűtőenergiát igényelhet, ha a sűrűségük és a fajlagos hőkapacitásuk eltérő.
A sűrűség önmagában nem határozza meg a hőátadást
Gyakori mérnöki félreértés, hogy a nagyobb sűrűség automatikusan gyengébb vagy jobb hőátadást jelent.
A sűrűség csak egy része a folyékony{0}}tulajdonság képének.
A PTFE merülőmelegítők körüli hőátadást a viszkozitás, a fajlagos hőkapacitás, a hővezető képesség, a folyadék sebessége, a fűtőelem geometriája és a hőmérséklet-különbség is befolyásolja.
Az egyszerűsített kapcsolat a következő:
Q=hAΔT
Itt,haz effektív hőátbocsátási{0}}együtthatót ésAaz aktív fűtési területet jelöli.
A sűrűség befolyásolhatja a folyadék viselkedését, de közvetlenül nem adja meg annak értékéth. A folyadék mozgása és viszkozitása egyaránt fontos lehet.
A koncentrált megoldások együtt több tulajdonságot is megváltoztathatnak
Számos kémiai folyamatban a sűrűség az oldott vegyi anyag koncentrációjának növekedésével nő. Ugyanakkor a viszkozitás és a fajlagos hőkapacitás változhat.
Ez kombinált tervezési hatást hoz létre.
A koncentrált oldat térfogategységenként több tömeget tartalmazhat, ami növeli az ésszerű -fűtési terhelést. Ha a viszkozitás is növekszik, a keringés a fűtőelem körül kevésbé hatékony lehet.
Az eredmény olyan folyamat lehet, ahol ugyanaz a névleges fűtőteljesítmény eltérő hőmérsékleti választ produkál a vegyi koncentráció változása után.
Emiatt a csak tartálytérfogaton alapuló fűtési számítások pontatlanok lehetnek koncentrált vegyi oldatok esetén.
Miért számít még mindig a fűtőfelület?
Tegyük fel, hogy egy folyamat 12 kW fűtőteljesítményt igényel.
Egy kis aktív területtel rendelkező kompakt fűtőtest és egy hosszabb, nagyobb aktív területtel rendelkező fűtőtest egyaránt 12 kW-ot szolgáltat elektromosan. Átlagos felületi hőáramuk azonban eltérő lesz.
Az egyszerűsített számítás a következő:
q = P/A
aholqátlagos hőáram.
Vegyünk két szemléltető konfigurációt:
| Fűtőberendezés elrendezése | Hatalom | Aktív fűtési terület | Átlagos hőáram |
|---|---|---|---|
| Kompakt konfiguráció | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Elosztott konfiguráció | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Ezek az értékek illusztrációk, és nem jelentenek univerzális PTFE működési határértékeket.
Az elosztott elrendezés alacsonyabb átlagos felületi hőáramot biztosít, de a tényleges teljesítmény továbbra is függ a keringéstől, a beépítési geometriától, a fürdő kémiájától és a fűtőberendezés felépítésétől.
A folyadék mozgása lehet a korlátozó tényező
Ha egy sűrű vagy viszkózus kémiai oldat lassan mozog, a hő gyorsabban halmozódhat fel a fűtőfelület körül, mint ahogy a környező fürdőbe kerül.
Ez helyi hőmérsékletkülönbséget hozhat létre a közvetlenül a fűtőelem körüli folyadék és az ömlesztett oldat között.
A tartály hőmérséklet-érzékelője továbbra is jelezheti a kívánt átlaghőmérsékletet, miközben a fűtőfelület lényegesen eltérő feltételeket tapasztal.
Ezért a mechanikus keverést, a szivattyú keringetését, a fűtőtest távolságát és a beépítési helyet együtt kell értékelni.
Nagy vegyszertartályok esetén a fűtőzónák elosztása segíthet elkerülni, hogy a hőterhelés egy régióban összpontosuljon.
A sűrűséget bele kell foglalni a fűtési idő{0}}számításába
Tekintsünk egy szemléltető 1500 literes vegyszeroldatot, amelynek sűrűsége 1,15 kg/l. A folyadék hozzávetőleges tömege:
m=1.15 × 1,500=1,725 kg
Ha a fajlagos hőkapacitást 3,2 kJ/(kg·K)-nak tételezzük fel, és a szükséges hőmérsékletnövekedés 30 fok:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
Ez körülbelül 46 kWh ésszerű fűtési energiának felel meg.
Egy 20 kW-os fűtőtest elméletileg körülbelül 2,3 órát igényel ideális körülmények között. A tényleges felfűtési idő hosszabb lenne, mert a tartály falai, a csövek, a munkadarabok, a párolgás és a környezeti hőveszteség szintén energiát fogyaszt.
A számítás bemutatja, hogy miért kell a sűrűséget és a fajlagos hőkapacitást figyelembe venni a fűtési teljesítmény becslésénél.
Milyen adatokat kell megadni a fűtés kiválasztásához?
Egy kémiai eljáráshoz aPTFE merülő fűtőtest, a folyadékkal kapcsolatos hasznos információk a következők:
Folyadék sűrűsége vagy fajsúlya
Kémiai koncentráció
Fajlagos hőkapacitás
Viszkozitás
Hővezetőképesség, ha rendelkezésre áll
Működési hőmérséklet tartomány
Szükséges fűtési sebesség
Keringési vagy keverési módszer
Normál és minimális folyadékszint
A tartály méretei
A sűrűséget ezért a legjobban egy szélesebb termikus tulajdonságprofil részeként kezelni{0}}.
Ha a sűrűség jelentősen megváltozik a vegyi anyag koncentrációjával, a fűtőelem méretét a tényleges működési tartományban kell ellenőrizni, nem pedig egyetlen névleges állapothoz képest. A folyadék tulajdonságainak a fűtőfelülettel, az energiaelosztással, a keringtetéssel és a tartály geometriájával való kombinálása megbízhatóbb alapot biztosít a PTFE merülő fűtőtest kiválasztásához és az egyedi ipari tervezéshez.
