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.
