A vegyszertartály elegendő fűtőteljesítménnyel rendelkezhet, és még mindig küzd az egyenletes folyamathőmérséklet eléréséért. Gyakori ok a nem megfelelő folyadékkeringés aPTFE merülő fűtőtest.
Ha a felmelegített folyadék a fűtőfelület közelében marad, ahelyett, hogy áthaladna a tartályon, hőmérsékleti gradiens alakul ki. A vezérlő jelezheti a célhőmérsékletet, miközben a hidegebb régiók máshol maradnak a folyamattartályban.
A vegyi berendezéseknél ezért a fűtőelem kiválasztását és a folyadék mozgását egyetlen hőtechnikai{0}}tervezési problémaként kell kezelni.
A hőnek el kell távolodnia a fűtőberendezéstől
A merülő fűtőelem az elektromos energiát hőenergiává alakítja az aktív felületén. Ezután a környező folyadéknak el kell vinnie ezt a hőt.
Egy egyszerűsített hőátviteli{0}}kapcsolat a következő:
Q=hAΔT
aholQhőt adnak át,haz effektív hőátbocsátási{0}}együttható,Aa fűtőfelület, ésΔTa fűtőfelület és a környező folyadék közötti hőmérsékletkülönbség.
A folyadékkeringést befolyásoljah. Ha a fűtőberendezés körül gyenge az áramlás, a termikus határréteg vastagabbá válhat, és a hőátadás kevésbé hatékony lehet.
A fűtőberendezés továbbra is fogyaszthatja a várt elektromos energiát, de a hőmérséklet eloszlása a tartályon belül egyenetlenné válhat.
A természetes konvekció nem mindig elég
Amikor a fűtőelem közelében lévő folyadék felmelegszik, a sűrűsége megváltozhat, és megindulhat a természetes konvekció. Ez szivattyú nélkül keringethet.
A természetes konvekció hatékonysága azonban függ a folyadék tulajdonságaitól, a hőmérséklet-különbségtől, a tartály geometriájától, a fűtőtest irányától és a viszkozitástól.
A mély tartályban lévő alacsony viszkozitású folyadék viszonylag könnyen keringhet. Egy tömény vagy viszkózus kémiai oldat eltérően viselkedhet.
Ez az oka annak, hogy az egyik vegyi fürdőben jól teljesítő fűtőberendezéstől nem várható el automatikusan, hogy ugyanazt a hőmérsékleti egyenletességet biztosítson egy másik, eltérő folyadéktulajdonságokkal rendelkező fürdőben.
A mechanikai cirkuláció megváltoztatja a termikus környezetet
A szivattyúk, keverők és a folyamatáram jelentősen megnövelhetik a folyadék mozgását a fűtőfelület körül.
A fontos szempont nem egyszerűen a szivattyú névleges áramlási sebessége. Az áramlás iránya és a fűtőberendezés körüli helyi sebesség is számít.
Például egy visszatérő vezeték erős keringést hozhat létre a tartály egyik oldala közelében, miközben a másik oldalt viszonylag stagnálva hagyja.
Hasonlóképpen, egy fűtőtest, amelyet közvetlenül egy erős kisülési áram elé telepítenek, nagyon eltérő hőátadási feltételeket{0}}élhetnek ki, mint egy másik fűtőtest, amely egy alacsony áramlású-sarokban van elhelyezve.
Ezért a fűtőelem helyét a keringési mintával együtt kell értékelni.
A fűtőelem helyzete befolyásolhatja a keringést
A PTFE merülő fűtőtesttúl közel van a tartály falához, ami korlátozhatja a folyadék mozgását a fűtőfelület egy része körül.
A belső csövek és szerkezeti elemek hasonló holtzónákat hozhatnak létre.
Kompakt tartály esetén több méretet kell felülvizsgálni:
Fűtés-fal-hézag
Fűtés-az-alsó hézag
Távolság a belső csövektől
Távolság a keringési nyílásoktól
Távolság a munkadarab rakodási területeitől
Az aktív fűtőszakasz tájolása
A cél a megfelelő folyadékcsere fenntartása az aktív felület körül anélkül, hogy szükségtelen áramlási korlátozások keletkeznének.
A terület fűtése és a keringtetés együtt működik
Vegyünk egy szemléltető 12 kW fűtési igényt.
| Fűtés elrendezése | Hatalom | Aktív terület | Átlagos hőáram | Keringési állapot |
|---|---|---|---|---|
| Kompakt zóna | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² | Gyenge |
| Elosztott zóna | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Mérsékelt |
| Elosztott zóna | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² | Erős |
Az átlagos hőáramot a következőkből számítják ki:
q = P/A
Ezek az adatok illusztrációk, nem pedig általános működési határértékek.
Az összehasonlítás megmutatja, hogy a teljesítmény önmagában miért nem írja le a hőteljesítményt. Ugyanaz a 12 kW különböző üzemi feltételeket tud produkálni a fűtési területtől és a folyadék mozgásától függően.
A rossz keringés torzíthatja a hőmérsékletszabályozást
Tegyük fel, hogy a hőmérséklet-érzékelő a tartály jól{0}}kevert részében van elhelyezve, míg a fűtőberendezés alacsony áramlású-tartományban.
Előfordulhat, hogy az érzékelő lassan eléri a célhőmérsékletet, ami miatt a szabályozó hosszabb ideig fenntartja a fűtést. Eközben a fűtőtestet közvetlenül körülvevő folyadék jelentősen felforrósodhat, mint a mért ömlesztett hőmérséklet.
Az ellenkező helyzet is előfordulhat, ha az érzékelő erős keringési út közelében helyezkedik el, miközben egy másik terület rosszul keveredik.
A hőmérséklet több ponton történő feltérképezése segíthet azonosítani ezeket a feltételeket az üzembe helyezés során.
A viszkozitás fontosabbá teszi a keringést
A kémiai koncentráció befolyásolhatja a viszkozitást. A viszkozitás növekedésével a folyadék mozgása nehezebbé válhat, és a természetes konvekció gyengülhet.
Ez növelheti a mechanikus cirkuláció jelentőségét, különösen akkor, ha jelentős fűtési teljesítményre van szükség.
Ezért egy nagy viszkozitású folyamatot nem szabad víz{0}}mérni a keringési feltételezésekhez hasonlóan a folyadék tényleges tulajdonságainak ellenőrzése nélkül.
A termikus tervezés során együtt kell figyelembe venni a sűrűséget, viszkozitást, fajlagos hőkapacitást, üzemi hőmérsékletet és keringési módot.
Hogyan értékeljük a cirkulációt a kiválasztás során
A berendezés specifikációjában több gyakorlati kérdés is szerepelhet:
Mi a normál folyamat áramlási sebessége?
Hol lép be és honnan távozik a folyadék a tartályból?
Van-e mechanikus keverés?
A tartály mely részein gyenge a keringés?
Hol lesz felszerelve a fűtés?
Hol mérik a hőmérsékletet?
Változik-e jelentősen a viszkozitás a hőmérséklet vagy a koncentráció függvényében?
Ezek a részletek segítenek eldönteni, hogy egy elosztott fűtési zóna vagy több kisebb zóna a megfelelőbb.
A cirkulációt mérlegelni kell a teljesítmény növelése előtt
Ha egy tartály hőmérséklete nem egyenletes, egyszerűen a fűtőteljesítmény növelése növelheti a helyi hőterhelést anélkül, hogy megoldaná a mögöttes keringési problémát.
Jobb megközelítés a fűtőfelület, a fűtőelem helyzete, az áramlási irány, a hőmérséklet{0}}érzékelő helyének és a folyadék tulajdonságainak együttes vizsgálata.
APTFE merülő fűtőtest, a hatékony hőátadás nem csak elektromos bemeneten múlik. A megfelelő folyadékmozgás elősegíti a hő szállítását a PTFE felületéről a folyamattérfogatba, és támogatja a fürdő egyenletesebb hőmérsékletét.
Ha a keringés korlátozott, a tartály geometriája szabálytalan, vagy a vegyi oldat nagy viszkozitású, testreszabott fűtőberendezést lehet kialakítani a tényleges áramlási minta, az aktív fűtési terület, a merülési mélység és a szükséges folyamat hőmérséklete alapján.
