Kemiske opløsninger med høj-viskositet skaber et andet opvarmningsproblem end lav-viskositetsbade. Varmeren kan nå den krævede elektriske effekt, men tanken kan stadig vise langsom temperaturgenvinding eller stærke temperaturforskelle mellem varmelegemeområdet og resten af væsken.
For enPTFE elpatron, viskositet påvirker, hvor effektivt varmen bevæger sig væk fra varmeoverfladen. Varmeeffekt, aktivt overfladeareal, cirkulation, installationsposition og tankgeometri skal derfor overvejes sammen.
Hvorfor viskositet ændrer varmeydelse
Når en væske bliver mere tyktflydende, øges dens modstand mod strømning. Naturlig konvektion kan blive svagere, mens cirkulationen fra pumper eller omrørere også kan blive mindre effektiv.
Varmeoverførsel fra en el-patron kan forenkles som:
Q=hAAT
hvorQer varmeoverført,her den effektive-varmeoverførselskoefficient,Aer aktivt varmeområde, ogΔTer temperaturforskellen mellem varmefladen og den omgivende væske.
Når væskebevægelsen omkring varmeren er begrænset,hkan falde. Der kan så være behov for mere temperaturforskel for at overføre den samme mængde varme.
Høj viskositet kan skabe et varmt lag omkring varmeren
En opløsning med høj-viskositet kan bevæge sig langsomt væk fra varmelegemets overflade.
Væsken umiddelbart omkring varmelegemet kan derfor blive betydeligt varmere end bulkopløsningen.
Dette skaber to problemer.
Den første er temperaturu{0}}ensartethed. Den anden er øget termisk belastning ved varmelegemets overflade.
En tanksensor placeret langt fra varmelegemet kan fortsætte med at vise en temperatur under målet, selvom væsken umiddelbart omkring varmeoverfladen allerede er meget varmere.
Blot at øge varmelegemets effekt kan gøre denne tilstand mere alvorlig.
Opvarmning af overfladeareal bliver vigtigere
Gennemsnitlig varmeoverfladevarmeflux kan estimeres med:
q = P/A
hvorPer elektrisk strøm ogAer aktivt varmeområde.
Overvej et illustrativt 10 kW varmebehov:
| Konfiguration | Magt | Aktivt varmeområde | Gennemsnitlig varmeflux |
|---|---|---|---|
| Kompakt varmelegeme | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Medium-arealvarmer | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Fordelt varmelegeme | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Disse tal er illustrative beregninger, ikke universelle tilladte PTFE-driftsværdier.
Et stigende aktivt areal kan fordele den samme elektriske effekt over en større overflade. Hvorvidt dette forbedrer den faktiske procesydelse afhænger af cirkulation, kemiske egenskaber, varmelegemegeometri og tankdimensioner.
Temperaturændringer kan påvirke viskositeten
Mange kemiske væsker bliver mindre tyktflydende, når temperaturen stiger.
Dette skaber en vigtig dynamik under opstart.
I begyndelsen af opvarmningen kan opløsningen være relativt tyktflydende, og cirkulationen kan være dårlig. Når temperaturen stiger, kan viskositeten falde, og væskebevægelsen kan forbedres.
Varmesystemet kan derfor opføre sig anderledes under opstart og konstant-drift.
Et varmelegeme, der kun er dimensioneret fra den stabile-tilstand kan give utilstrækkelig opstartsydelse, hvis den indledende viskositet er væsentligt højere.
Mekanisk cirkulation skal matche væsken
For løsninger med høj-viskositet kan mekanisk cirkulation være nødvendig for at flytte varme gennem tanken.
Nominel pumpekapacitet alene garanterer dog ikke en effektiv varmeoverførsel.
Strømningsvejen skal nå varmezonen og transportere opvarmet væske mod de koldere dele af tanken.
Et cirkulationssystem, der omgår varmeren, kan have en høj samlet flowhastighed, mens den stadig producerer svag lokal varmeoverførsel.
Omrørerposition, pumpeindløb, afgangsplacering, indvendige rørføringer og varmelegemeplacering bør derfor vurderes som et komplet system.
Varmeapparatets position kan reducere stillestående zoner
Et varmelegeme installeret i et hjørne eller tæt på en tankvæg kan opleve svag væskeudveksling.
For viskøse opløsninger kan dette problem være mere udtalt.
Den aktive varmeflade bør ideelt set placeres, hvor cirkulationen når varmeren fra flere retninger, eller hvor processtrømmen med vilje ledes hen over varmezonen.
Frihed fra tankbunden og væggene bør også tage højde for sediment, aflejringer og vedligeholdelsesadgang.
Opvarmningstid kan estimeres ud fra væskeegenskaber
Antag, at en illustrativ tank indeholder 600 kg af en kemisk opløsning med høj-viskositet med en specifik varmekapacitet på 2,8 kJ/(kg·K). Den nødvendige temperaturstigning er 40 grader.
Den fornuftige varmeenergi er:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Det svarer til cirka 18,7 kWh.
Med en 12 kW varmelegeme ville den ideelle fornuftige-opvarmningstid være ca.
18,7 ÷ 12=1.56 timer
Den faktiske opvarmningstid vil være længere på grund af tankens varmetab, rørføring, fordampning, belastning af emnet og andre termiske effekter.
Eksemplet viser også, hvorfor valg af varmelegeme bør bruge den faktiske specifikke varmekapacitet af den kemiske opløsning frem for at antage vandegenskaber.
Strøm bør matche den faktiske varme-overførselstilstand
Til bade med høj-viskositet kan det skabe et vanskeligt termisk miljø at vælge et varmelegeme med for høj effekt.
En bedre tilgang er at balancere:
Påkrævet opvarmningshastighed
Aktivt varmeområde
Gennemsnitlig varmeflux
Cirkulationskapacitet
Badets viskositet
Driftstemperatur
Tank geometri
Krav til temperaturensartethed
Målet er ikke blot maksimal varmeeffekt. Det nyttige mål er tilstrækkelig varmeoverførsel uden for høj lokal termisk koncentration.
Hvilke oplysninger skal medtages i indkøb?
En kemisk applikation med høj-viskositet bør give:
Kemisk sammensætning
Viskositet ved opstartstemperatur
Viskositet ved driftstemperatur
Specifik varmekapacitet
Tæthed
Måltemperatur
Nødvendig opvarmningstid
Tank dimensioner
Cirkulationsmetode
Minimum væskeniveau
Nødvendig varmeeffekt
Tilgængelig strømforsyning
Denne information tillader enPTFE elpatronat være designet omkring den faktiske væskeadfærd snarere end en forenklet vand-baseret antagelse.
Til specielt tyktflydende løsninger, begrænset cirkulation, dybe tanke eller store varmebelastninger kan tilpasset varmeoverfladeareal og varmelegemegeometri give bedre termisk fordeling. Den endelige konfiguration skal balancere varmeflux, cirkulation, nedsænkningsdybde og procestemperatur for at opnå stabil opvarmning i hele kemikalietanken.
