Ujævn opvarmning er et almindeligt problem i kemikalietanke. Temperaturregulatoren kan vise målværdien, mens et område af badet forbliver mærkbart køligere end et andet. I andre tilfælde opstår der aflejringer i nærheden af varmeren, produktkvaliteten varierer mellem tankpositioner, eller varmeren tænder og slukker hyppigere end forventet.
For enPTFE elpatron, ujævn opvarmning er sjældent forårsaget af én parameter alene. Varmelegemegeometri, effekttæthed, væskecirkulation, tankform, installationsposition og temperatur-sensorplacering kan alle bidrage.
Ujævn opvarmning starter med varmefordeling
En el-patron overfører energi gennem sin aktive varmeflade. Hvis varmeeffekten er koncentreret i et lille område, modtager den omgivende væske en høj lokal varmetilførsel.
Gennemsnitlig overfladevarmeflux kan estimeres med:
q = P/A
hvorPer varmelegeme effekt ogAer aktivt varmeområde.
For eksempel har en 10 kW varmelegeme med 0,5 m² aktivt areal en illustrativ gennemsnitlig varmestrøm på 20 kW/m².
En anden 10 kW-konfiguration med 1,0 m² aktivt areal ville have en gennemsnitsværdi på 10 kW/m².
Beregningen definerer ikke en universel tilladt varmeflux. Den faktiske ydeevne afhænger af PTFE-konstruktion, badkemi, cirkulation, temperatur og varmelegemegeometri.
Dårlig cirkulation kan skabe temperaturzoner
Væskebevægelse er en af de vigtigste faktorer, der påvirker temperaturens ensartethed.
Når cirkulationen er svag, kan varm væske forblive tæt på varmeren, mens koldere væske forbliver længere væk. Dette skaber en temperaturgradient inde i tanken.
Et forenklet-varmeoverførselsforhold er:
Q=hAAT
Hvis væskebevægelsen omkring varmeoverfladen aftager, vil den effektive varme-overførselskoefficienthkan også falde.
Varmesystemet kan så kræve en større temperaturforskel for at overføre den samme effekt til badet.
Dette er især vigtigt for viskøse kemiske opløsninger eller tanke med begrænset naturlig konvektion.
Varmeapparatets position kan gøre problemet værre
Et varmelegeme installeret for tæt på en tankvæg kan give ujævn opvarmning, fordi væskebevægelsen omkring en del af den aktive overflade er begrænset.
Indvendige rør, arbejdsemner, ledeplader, tank-bundstrukturer og suge- eller afgangsledninger kan skabe lignende effekter.
En praktisk installationsgennemgang bør undersøge:
Afstand mellem varmelegeme og tankvæg
Afstand fra tankbunden
Placering af cirkulationsudtag
Position af returløb
Indvendig rørføring
Indlæsningsområde for emnet
Temperatur-sensorens placering
Målet er ikke blot at placere varmeren inde i tanken, men at placere den aktive varmezone, hvor væskeudvekslingen er tilstrækkelig.
Temperatur-Sensorplacering kan skjule problemet
En enkelt temperaturføler repræsenterer muligvis ikke hele tanken.
For eksempel kan en sensor placeret tæt på cirkulationsreturen registrere en godt-blandet temperatur, mens et fjerntliggende hjørne forbliver koldere. En sensor placeret for tæt på varmeren kan have det modsatte problem og registrere en lokalt forhøjet temperatur.
Dette kan forårsage unødvendige varmecykler eller utilstrækkelig opvarmning andre steder.
For store tanke bør sensorplacering evalueres sammen med varmeapparatets placering og cirkulationsmønster. Flere målepunkter kan være passende, når der forventes betydelige rumlige temperaturforskelle.
Afstand mellem varmelegemer har betydning i større tanke
FlerePTFE elpatronkan give mere fordelt opvarmning end én koncentreret varmezone.
Men blot tilføjelse af varmelegemer forbedrer ikke automatisk ensartetheden.
Hvis flere varmelegemer er installeret tæt på hinanden, kan varmen forblive koncentreret i én region. Hvis varmeapparater er placeret for langt fra hinanden, kan der udvikles separate varme og kolde zoner.
Afstanden bør derfor følge tankens geometri og væskecirkulationen.
Et forenklet designmål er at fordele varmezoner, så den genererede varme kan transporteres gennem hele det nyttige procesvolumen i stedet for at samle sig omkring individuelle varmelegemer.
Et praktisk temperaturkort-eksempel
Overvej en illustrativ kemikalietank med fire målesteder:
| Målepunkt | Observeret temperatur | Mulig fortolkning |
|---|---|---|
| Tæt på varmelegeme | 68 grader | Stærk lokal varmetilførsel |
| Tankens midte | 62 grader | Delvis blanding |
| Modsatte væg | 57 grader | Svag varmecirkulation |
| Tæt på tankudløb | 60 grader | Mellemstrømningstilstand |
Hvis controlleren er indstillet til 60 grader, og sensoren er placeret i nærheden af udløbet, kan systemet se ud til at fungere korrekt, selvom tanken har et temperaturområde på 57–68 grader.
Dette eksempel viser, hvorfor regulatorens nøjagtighed alene ikke garanterer temperaturensartethed.
Aflejringer kan øge termisk modstand
Kemiske aflejringer på varmeoverfladen kan yderligere komplicere varmeoverførslen.
Et aflejringslag introducerer yderligere termisk modstand mellem varmeelementet og væsken. Efterhånden som modstanden stiger, kan varmeren have brug for en større intern-til-væsketemperaturforskel for at overføre den samme effekt.
Hvis aflejringen er ujævn, kan forskellige sektioner af varmeren fungere under forskellige termiske forhold.
Regelmæssig inspektion og passende bade-kontrolprocedurer kan derfor være vigtige for processer, der er tilbøjelige til krystallisation, afskalning eller kemisk opbygning.
Sådan korrigeres ujævn opvarmning
Fejlfinding bør undersøge det komplette termiske system i stedet for øjeblikkeligt at øge varmerens effekt.
Nyttige kontroller omfatter:
Kortlægning af temperaturer på flere tanksteder
Måling af faktisk væskecirkulation
Inspicering af varmelegemets overfladetilstand
Kontrol af afstand mellem varmelegemer
Gennemgang af afstand mellem varmelegeme-til-væg
Bekræfter temperatursensorens-position
Sammenligning af faktisk badkoncentration med processpecifikationen
Kontrol af, om det aktive varmeområde matcher den nødvendige effekt
At øge effekten uden at korrigere dårlig cirkulation kan gøre lokale temperaturforskelle værre.
For enPTFE elpatron, ensartet opvarmning afhænger af forholdet mellem effekt, aktivt overfladeareal, væskebevægelse, installationsgeometri og kontrolstrategi. Når disse parametre designes sammen, kan temperaturforskelle reduceres uden blot at tilføje for stor varmekapacitet.
