Et kemisk anlæg bestilte to PTFE dykvarmere til identiske tanke. Den ene havde en 1,5 mm PTFE-kappe. Den anden havde en 2,5 mm kappe. Begge blev vurderet til samme watt og spænding. Efter atten måneder fungerede den tynde-kappevarmer stadig godt. Den tykke-beklædte varmeovn havde svigtet-ikke på grund af gennemtrængning, men på grund af lokal overophedning. Den tykkere kappe havde tilføjet tilstrækkelig termisk modstand til at presse overfladetemperaturen ind i nedbrydningsområdet.
Kappens tykkelse er en af de mest konsekvensbeslutninger i PTFE-elvarmerspecifikationerne og en af de mindst forståede. En tykkere kappe giver en længere permeationsvej og bedre mekanisk holdbarhed. Men det tilføjer også termisk modstand, hvilket hæver overfladetemperaturen for en given watt-densitet. Den sikre watt-tæthed afhænger af kappens tykkelse.
PTFE-kappens termiske modstand
Varme skal krydse PTFE-kappen, før den når procesvæsken. Skedens termiske modstand er proportional med dens tykkelse og omvendt proportional med dens varmeledningsevne. For PTFE ved 0,25 W/m·K tilføjer en 1,5 mm kappe ca. 6 graders temperaturfald ved 1,0 W/cm². En 2,5 mm kappe tilføjer ca. 10 grader. En 3,5 mm kappe tilføjer cirka 14 grader.
Disse temperaturfald øger det konvektive fald ved overfladen og de indre fald hen over fyldstoffet og metalkappen. Det samlede mellemrum mellem overflade- og- bestemmer polymerens faktiske driftstemperatur.
| Skedetykkelse | Termisk modstand | Overflade ΔT ved 1,0 W/cm² | Overflade ΔT ved 1,5 W/cm² | Relativ gennemtrængningssti |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Lav | 4 grader | 6 grader | Kort |
| 1,5 mm | Moderat | 6 grader | 9 grader | Moderat |
| 2,0 mm | Moderat – Høj | 8 grader | 12 grader | Lang |
| 2,5 mm | Høj | 10 grader | 15 grader | Længere |
| 3,0 mm | Meget høj | 12 grader | 18 grader | Længst |
Termisk modstand og permeationsvej for almindelige PTFE-kappetykkelser
Hvorfor Safe Watt-densiteten falder, efterhånden som hylsterets tykkelse stiger
Den sikre watt-densitet er den watt-densitet, der holder overfladetemperaturen inden for det sikre område for polymeren. Efterhånden som kappens tykkelse øges, øges den termiske modstand, så overfladetemperaturen stiger for en given watt-densitet. For at holde overfladetemperaturen inden for det sikre område skal watt-tætheden reduceres.
For en 1,5 mm kappe i et bad ved 60 grader kan en watt-densitet på 1,4 W/cm² holde overfladetemperaturen under 100 grader. For en 2,5 mm kappe i samme bad falder den sikre watt-tæthed til 1,0-1,2 W/cm². Den tykkere kappe kræver en lavere watt-densitet for at opnå samme overfladetemperatur.
| Skedetykkelse | Max watt-densitet for overflade<100°C | Max watt-densitet for overflade<110°C | Max watt-densitet for overflade<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,8 W/cm² | 2,0 W/cm² | 2,2 W/cm² |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² |
Maksimal watt-densitet for forskellige kappetykkelser og overfladetemperaturgrænser
Afvejningen-mellem holdbarhed og varmeoverførsel
En tykkere kappe giver bedre mekanisk holdbarhed og en længere permeationsvej. Men det kræver også en lavere watt-tæthed, hvilket betyder mere overfladeareal for den samme watt. Varmelegemet bliver større og dyrere.
Den optimale kappetykkelse afhænger af anvendelsen. Til mild service giver en tynd kappe (1,0-1,5 mm) tilstrækkelig holdbarhed og tillader en højere watt-tæthed. Til aggressiv service giver en tykkere kappe (2,0–3,0 mm) bedre kemisk modstand, men kræver en lavere watt-densitet og en større varmelegeme.
| Servicetilstand | Anbefalet kappetykkelse | Max Watt-densitet | Relativ varmelegemestørrelse |
|---|---|---|---|
| Mild,<60°C, clean fluids | 1,0-1,5 mm | 1,4–1,8 W/cm² | Kompakt |
| Moderat, 60-70 grader | 1,5-2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | Moderat |
| Aggressiv, 70-80 grader | 2,0-2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | Større |
| Meget aggressiv, 80-90 grader | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | Størst |
| HF eller høj-temp service | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | Meget stor |
Anbefalet kappetykkelse og watt-densitet efter servicetilstand
Matchende kappetykkelse til watt-densitet
Kappens tykkelse og watt-tæthed skal vælges sammen. En tyk kappe med en høj watt-densitet giver en uacceptabel høj overfladetemperatur. En tynd kappe med en lav watt-densitet er termisk effektiv, men giver muligvis ikke tilstrækkelig gennemtrængningsmodstand i aggressiv kemi.
Den praktiske tilgang er først at vælge kappetykkelsen baseret på kemien og temperaturen og derefter vælge den watt-densitet, der holder overfladetemperaturen inden for det sikre område for den tykkelse. En 2,5 mm kappe ved 1,0 W/cm² kan fungere ved samme overfladetemperatur som en 1,5 mm kappe ved 1,4 W/cm², men den tykkere kappe giver bedre permeationsmodstand og mekanisk holdbarhed.
Når standardtykkelser ikke er nok
Nogle applikationer kræver kappetykkelser eller watt-tæthedskombinationer, som standardvarmere ikke tilbyder. En tank med meget aggressiv kemi ved forhøjet temperatur kan have brug for en 3,0 mm kappe ved 0,8 W/cm²-en kombination, der kræver et stort overfladeareal og en brugerdefineret konfiguration.
En brugerdefineret PTFE-dyppevarmerkonfiguration gør det muligt at optimere kappens tykkelse og watt-tæthed til den specifikke anvendelse. Specifikationsprocessen kræver badets kemi, driftstemperatur, mekaniske risikofaktorer og påkrævet watt. For faciliteter med krævende applikationer balancerer denne tilgang holdbarhed og varmeoverførsel mere præcist end standard produktvalg.
22
Hvilken PTFE dykvarmerstørrelse passer til en 400 mm dyb skylletank?
En PCB-butik havde brug for en udskiftning af PTFE-elvarmer til en 400 mm dyb skylletank. Tanken var 900 mm bred og 1.500 mm lang, med et arbejdsvolumen på cirka 480 liter. Det eksisterende varmelegeme havde været en standard lige enhed, der stak ud over væskelinjen og var svigtet efter 11 måneder. Vedligeholdelsesteamet havde brug for et varmelegeme, der kunne passe til den lave tank, opretholde fuld nedsænkning og levere den nødvendige watt med en sikker watt-tæthed.
Lave tanke udgør en specifik designudfordring for PTFE-elvarmere. Den anvendelige varmelegemehøjde er begrænset, så varmelegemet skal bruge en L-- eller U--formet konfiguration for at give tilstrækkeligt overfladeareal ved lav watt-densitet.
Nedsænkningsdybden
En 400 mm dyb tank giver ikke 400 mm brugbar varmelegemehøjde. Væskeniveauet skal være højt nok til at dække emnerne, og varmelegemet skal forblive helt nedsænket ved minimum væskeniveau. I praksis er den anvendelige opvarmede længde i en 400 mm dyb tank 200–280 mm afhængig af fribord og niveauudsving.
Et lige varmelegeme med 250 mm opvarmet længde giver 250 mm opvarmet længde. For en 4 kW drift ved 1,0 W/cm² er det nødvendige overfladeareal 4.000 cm². Ved en kappediameter på 32 mm er overfladearealet ca. 100 cm² pr. 100 mm længde. En 250 mm opvarmet længde giver kun 250 cm²-langt under kravene.
| Tank dybde | Brugbar opvarmet længde | Overfladeareal ved 32 mm kappe | Overfladeareal ved 50 mm kappe | Opvarmet længde påkrævet til 4.000 cm² |
|---|---|---|---|---|
| 300 mm | 150–200 mm | 150-200 cm² | 236-314 cm² | 2.000–2.667 mm |
| 400 mm | 200–280 mm | 200-280 cm² | 314-440 cm² | 1.429–2.000 mm |
| 500 mm | 300–350 mm | 300-350 cm² | 471-550 cm² | 1.143–1.333 mm |
| 600 mm | 350–450 mm | 350-450 cm² | 550-707 cm² | 889–1.143 mm |
Krav til opvarmet længde og overfladeareal for en 4 kW drift ved 1,0 W/cm²
Den L-- eller U--formede varmeopløsning
En L-- eller U--formet PTFE-elvarmer bøjer det opvarmede element for at passe mere overfladeareal ind i en lavvandet tank. Et typisk L-formet varmelegeme med en 250 mm lodret sektion og en 750 mm vandret sektion giver 1.000 mm opvarmet længde-fire gange længden af en lige varmelegeme i samme tankdybde.
Ved en kappediameter på 32 mm giver 1.000 mm opvarmet længde cirka 1.000 cm² overfladeareal. Det er stadig mindre end de 4.000 cm², der kræves til en 4 kW drift ved 1,0 W/cm². En større kappediameter eller en fler{11}}pass-konfiguration er nødvendig.
| Varmeapparat konfiguration | Opvarmet længde | Overfladeareal ved 32 mm | Overfladeareal ved 50 mm | Passer i 400 mm tank |
|---|---|---|---|---|
| Lige, 250 mm | 250 mm | 250 cm² | 393 cm² | Ja, men utilstrækkeligt areal |
| L-formet, 250 + 750 mm | 1.000 mm | 1.000 cm² | 1.571 cm² | Ja |
| U-formet, 250 + 500 + 250 mm | 1.000 mm | 1.000 cm² | 1.571 cm² | Ja |
| Multi-pass, 4 × 250 mm | 1.000 mm | 1.000 cm² | 1.571 cm² | Ja |
| Multi-pass, 8 × 250 mm | 2.000 mm | 2.000 cm² | 3.142 cm² | Tæt pasform |
Varmeanlæg til en 400 mm dyb tank
Montering af varmelegemet i tanken
Varmelegemet skal passe ind i det ledige rum uden at hindre arbejdsemnerne eller flowet. I en 900 × 1.500 mm tank kan varmelegemet placeres langs den ene væg, så det centrale volumen for emnestativet efterlades. Et L--formet varmelegeme med et 250 mm lodret snit og et 750 mm vandret snit passer langs 1.500 mm væggen.
Varmeren skal placeres således, at den opvarmede sektion er helt nedsænket ved minimum væskeniveau. En 400 mm dyb tank med et 320 mm væskeniveau og et 80 mm fribord giver 240 mm brugbar dybde. Varmerens opvarmede sektion skal placeres i de nederste 200 mm af tanken, med toppen af den opvarmede sektion mindst 40 mm under minimum væskeniveau.
Flow- og temperaturensartethed
En L-formet eller fler-passagevarmer i en lavvandet tank kan skabe strømningsskygge, hvis gennemgangene er for tæt på hinanden. Væsken mellem passagerne kan blive stillestående, hvilket reducerer varmeoverførslen og skaber varme punkter. Afstanden mellem gennemløbene skal være mindst 30-40 mm for at tillade strømning mellem dem.
Hvis tanken har en cirkulationspumpe, skal varmelegemet placeres således, at flowet passerer gennem hullerne mellem passagerne. Hvis tanken er afhængig af naturlig konvektion, skal varmelegemet placeres, så den opstigende termiske fane kan slippe ud uden at blive fanget.
| Afstand mellemrum | Flow mellem pas | Hot Spot Risiko | Anbefalet anvendelse |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Dårlig | Høj | Ikke anbefalet |
| 20–30 mm | Moderat | Moderat | Kun lav watt-tæthed |
| 30–40 mm | God | Lav | De fleste applikationer |
| >40 mm | Fremragende | Meget lav | Høj watt-densitet eller viskøse væsker |
Passageafstand og dens effekt på flow og risiko for hotspot
Når en standardvarmer ikke kan passe til tanken
En 400 mm dyb tank med en ydelse på 4 kW ved 1,0 W/cm² kræver en multi-varmer, som standard produktlinjer måske ikke tilbyder. En brugerdefineret PTFE-elvarmerkonfiguration med et L-formet eller multi-passagedesign, en kappediameter på 50 mm og en gennemløbsafstand på 30-40 mm adresserer årsagen til pladsbegrænsning. Specifikationsprocessen kræver tankdimensioner, væskeniveauområde, påkrævet watt, badkemi og strømningsforhold. Til faciliteter med lavvandede tanke giver denne applikations-specifikke tilgang det nødvendige overfladeareal inden for den tilgængelige plads.
