In een geautomatiseerde chemicaliëntank blijft de temperatuur zelden perfect stabiel zonder voortdurende aanpassing. Warmteverlies verandert afhankelijk van de omgevingsomstandigheden, het vloeistofniveau, de productiedoorvoer en de temperatuur van de inkomende oplossing. Een verwarmingsplaat die alleen op basis van het nominale wattage wordt geselecteerd, kan daarom een langzaam herstel, overmatige temperatuuroverschrijding of veelvuldig schakelen veroorzaken.
Voor galvaniseren, PCB-verwerking, natte halfgeleiderprocessen en chemische hydrometallurgie,temperatuurregeling van de verwarmingsplaatmoet worden ontworpen als een compleet thermisch en elektrisch systeem.
Begin met de werkelijke warmtevraag
De controller kan een verwarmingsplaat met een verkeerd formaat niet compenseren.
Tijdens het opstarten kan de vereiste voelbare energie worden vereenvoudigd als:
Q=mcΔT
waarmis vloeibare massa,cis de soortelijke warmtecapaciteit, enΔTis de vereiste temperatuurstijging.
Voor continue productie is extra vermogen nodig om het warmteverlies en de binnenkomende koudere oplossing te compenseren.
Een vereenvoudigde proces{0}}belastingrelatie is:
Pprocess=ṁc(Tdoel − Tinlet)
Dit betekent dat de benodigde verwarmingscapaciteit afhankelijk is van de productiedoorvoer en het tankvolume.
Oversized kracht kan de controle moeilijker maken
Een grote verwarmingsplaat kan de temperatuur snel verhogen, maar overmatig vermogen kan de regelgevoeligheid vergroten.
Beschouw een verwarmingssysteem dat onder normale omstandigheden ongeveer 6 kW nodig heeft. Een verwarmingsplaat van 15 kW die als één ongecontroleerde zone wordt gebruikt, kan tijdens elke verwarmingscyclus een grote temperatuurstijging veroorzaken.
De controller moet dan compenseren door de duty-cycle te verkorten of vaker van stroom te wisselen.
Een betere aanpak kan bestaan uit meerdere onafhankelijk geregelde verwarmingszones.
Zonering geeft de controller meer resolutie
Verwarmingsplaten met automatische temperatuurregelingkan in meerdere elektrische circuits worden verdeeld.
Tijdens het opstarten kunnen meerdere zones tegelijkertijd werken.
Naarmate het proces de doeltemperatuur nadert, kunnen individuele zones worden geschakeld of gemoduleerd op basis van de werkelijke vraag.
Een systeem van 12 kW, verdeeld in vier zones van 3 kW, biedt bijvoorbeeld een praktischere regelresolutie dan een enkel circuit van 12 kW.
De juiste indeling in zones hangt af van de tankgeometrie, de verdeling van het warmteverlies-, de vloeistofbeweging en de vereiste temperatuuruniformiteit.
Sensorpositie maakt deel uit van het verwarmingsontwerp
De prestaties van de temperatuurregeling zijn sterk afhankelijk van waar de sensor de temperatuur meet.
Een sensor die te dicht bij een verwarmingsplaat is geplaatst, kan een plaatselijk verhoogde temperatuur detecteren voordat de bulkchemicaliën de vereiste procestemperatuur bereiken.
De regelaar kan dan het verwarmingsvermogen voortijdig verlagen.
Een sensor die in een gebied met zwakke vloeistofbeweging is geplaatst, kan het tegenovergestelde probleem veroorzaken: de verwarmer blijft werken omdat de gemeten locatie koeler blijft dan het werkelijke procesgemiddelde.
De plaatsing van de sensoren moet daarom de vloeistofcirculatie en het eigenlijke proces-controledoel weerspiegelen.
De verwarmingsreactie moet overeenkomen met de controlestrategie
Een verwarmingsplaat met een lage thermische traagheid kan snel reageren op vermogensveranderingen. Een grotere thermische massa kan warmte blijven afgeven nadat de elektrische stroom is verwijderd.
Dit verschil heeft invloed op de afstemming van de besturing.
Een vereenvoudigde energierelatie is:
P = Q/t
Hoe groter het verwarmingsvermogen ten opzichte van de thermische massa die wordt verwarmd, hoe sneller de temperatuur kan veranderen.
Voor op PID-gebaseerde systemen moeten proportionele, integrale en afgeleide parameters worden afgestemd op de daadwerkelijke verwarmingsrespons in plaats van te worden gekopieerd uit een andere tank.
Oppervlaktetemperatuur en badtemperatuur zijn verschillend
Een verwarmingsplaat brengt energie via het oppervlak over naar de chemische oplossing.
De oppervlaktetemperatuur kan daarom afwijken van de temperatuur van de bulkvloeistof.
Een vereenvoudigde warmteoverdrachtsrelatie- is:
Q=hAΔT
waarhvertegenwoordigt de warmte-overdrachtscoëfficiënt,Ahet effectieve warmteoverdrachtsgebied-, enΔThet temperatuurverschil.
Als de warmteoverdracht wordt beperkt door slechte circulatie, afzettingen of een ongunstige opstelling van de platen, kan een groter temperatuurverschil nodig zijn om dezelfde verwarmingssnelheid te leveren.
Dit is de reden waarom het verhogen van het verwarmingsvermogen niet altijd de juiste oplossing is om het temperatuurherstel te vertragen.
Elektrisch schakelen moet overeenkomen met de besturingsmethode
Automatische temperatuurregeling kan veelvuldig schakelen veroorzaken.
Mechanische contactors kunnen geschikt zijn voor bepaalde werkcycli, terwijl toepassingen met hoge- cycli mogelijk een andere schakelarchitectuur vereisen.
Bij het elektrische ontwerp moet rekening worden gehouden met de nominale stroom, de schakelfrequentie, de warmtedissipatie, de omstandigheden in de behuizing en de beschermende coördinatie.
De kwaliteit van de terminal is ook van belang. Lokale contactweerstand produceert warmte volgens:
P = I²R
Continu gebruik met hoge- stroom kan daarom zwakke verbindingen blootleggen, zelfs als het verwarmingselement zelf in goede staat blijft.
Fabriekstesten moeten controlegedrag omvatten
Een nuttige fabrieksevaluatie kan het volgende omvatten:
| Proefartikel | Controle doel |
|---|---|
| Weerstand | Controleer het verwarmingscircuit |
| Isolatieweerstand | Controleer de elektrische isolatie |
| Bedrijfsstroom | Bevestig de elektrische belasting |
| Verwarmingsreactie | Evalueer thermisch gedrag |
| Oppervlaktetemperatuur | Detecteer hotspots |
| Zonewerking | Onafhankelijke controle verifiëren |
| Sensorreactie | Controleer de compatibiliteit van de besturing |
Bij de feitelijke temperatuurcontrole-moet, indien praktisch mogelijk, gebruik worden gemaakt van omstandigheden die representatief zijn voor de beoogde apparatuur.
Bij de aanbesteding moet het volledige controlesysteem worden gespecificeerd
Een verwarmingsplaatspecificatie moet de nominale spanning, het totale vermogen, het aantal zones, de regelmethode, het sensortype en de locatie, het verwachte temperatuurbereik, de schakelplicht en de vereiste temperatuurstabiliteit identificeren.
Voor op maat gemaakte chemische apparatuur moet de verwarmingsplaat worden ontworpen rond de regelstrategie in plaats van onafhankelijk van de controller te worden geselecteerd.
Een betrouwbareautomatische temperatuurregeling verwarmingsplaatcombineert de juiste vermogensafmetingen, zoneconfiguratie, sensorplaatsing, warmteoverdrachtskarakteristieken- en elektrisch schakelen.
Wanneer deze factoren tijdens het ontwerp op elkaar worden afgestemd, wordt de temperatuurregeling soepeler, kan onnodig schakelen worden verminderd en wordt het verwarmingssysteem beter afgestemd op het daadwerkelijke productieproces.
