Chemische oplossingen met hoge- viscositeit veroorzaken een ander verwarmingsprobleem dan baden met lage- viscositeit. De verwarmer kan het vereiste elektrische vermogen bereiken, maar toch kan de tank nog steeds een langzaam temperatuurherstel of sterke temperatuurverschillen vertonen tussen het verwarmingsgebied en de rest van de vloeistof.
Voor eenPTFE-dompelverwarmerViscositeit beïnvloedt hoe efficiënt warmte zich van het verwarmingsoppervlak verwijdert. Verwarmingsvermogen, actief oppervlak, circulatie, installatiepositie en tankgeometrie moeten daarom samen worden beschouwd.
Waarom viscositeit de verwarmingsprestaties verandert
Wanneer een vloeistof stroperiger wordt, neemt de weerstand tegen stroming toe. De natuurlijke convectie kan zwakker worden, terwijl de circulatie van pompen of roerwerken ook minder effectief kan worden.
Warmteoverdracht van een verwarmingselement kan worden vereenvoudigd als:
Q=hAΔT
waarQwordt warmte overgedragen,his de effectieve warmte-overdrachtscoëfficiënt,Ais een actief verwarmingsgebied, enΔTis het temperatuurverschil tussen het verwarmingsoppervlak en de omringende vloeistof.
Wanneer de vloeistofbeweging rond de verwarmer beperkt is,hkan afnemen. Er kan dan meer temperatuurverschil nodig zijn om dezelfde hoeveelheid warmte over te dragen.
Hoge viscositeit kan een hete laag rond de verwarming creëren
Een oplossing met hoge{0}} viscositeit kan zich langzaam van het verwarmingsoppervlak verwijderen.
De vloeistof direct rondom de verwarmer kan daardoor aanzienlijk warmer worden dan de bulkoplossing.
Dit creëert twee problemen.
De eerste is de niet--temperatuuruniformiteit. De tweede is een verhoogde thermische belasting op het verwarmingsoppervlak.
Een tanksensor die ver van de verwarmer is geplaatst, kan een temperatuur onder de streefwaarde blijven aangeven, ook al is de vloeistof die het verwarmingsoppervlak direct omringt al veel heter.
Het simpelweg verhogen van het verwarmingsvermogen kan deze toestand ernstiger maken.
Verwarmingsoppervlak wordt belangrijker
De gemiddelde warmtestroom van het verwarmingsoppervlak kan worden geschat met:
q = P/A
waarPis elektrische energie enAis een actief verwarmingsgebied.
Beschouw een illustratieve verwarmingsbehoefte van 10 kW:
| Configuratie | Stroom | Actief verwarmingsgebied | Gemiddelde warmteflux |
|---|---|---|---|
| Compacte verwarming | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Verwarming voor middelgrote-oppervlakken | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Gedistribueerde verwarming | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Deze cijfers zijn illustratieve berekeningen en geen universeel toegestane PTFE-bedrijfswaarden.
Door het actieve gebied te vergroten, kan hetzelfde elektrische vermogen over een groter oppervlak worden verdeeld. Of dit de werkelijke procesprestaties verbetert, hangt af van de circulatie, chemische eigenschappen, de geometrie van de verwarming en de tankafmetingen.
Temperatuurveranderingen kunnen de viscositeit beïnvloeden
Veel chemische vloeistoffen worden minder stroperig naarmate de temperatuur stijgt.
Dit zorgt voor een belangrijke dynamiek tijdens het opstarten.
Aan het begin van het verwarmen kan de oplossing relatief stroperig zijn en kan de circulatie slecht zijn. Naarmate de temperatuur stijgt, kan de viscositeit afnemen en kan de vloeistofbeweging verbeteren.
Het verwarmingssysteem kan zich daarom anders gedragen tijdens het opstarten en bij stabiele werking-.
Een verwarming die alleen geschikt is voor de stabiele -toestand kan onvoldoende opstartprestaties leveren als de initiële viscositeit aanzienlijk hoger is.
Mechanische circulatie moet overeenkomen met de vloeistof
Voor oplossingen met hoge{0}} viscositeit kan mechanische circulatie nodig zijn om warmte door de tank te verplaatsen.
De nominale pompcapaciteit alleen garandeert echter geen effectieve warmteoverdracht.
Het stroompad moet de verwarmingszone bereiken en de verwarmde vloeistof naar de koudere delen van de tank transporteren.
Een circulatiesysteem dat de verwarmer omzeilt, kan een hoog totaal debiet hebben en toch een zwakke lokale warmteoverdracht produceren.
De roerderpositie, de pompinlaat, de afvoerlocatie, de interne leidingen en de plaatsing van de verwarmer moeten daarom als een compleet systeem worden beoordeeld.
De positie van de verwarming kan stilstaande zones verminderen
Een verwarming die in een hoek of dicht bij een tankwand is geïnstalleerd, kan een zwakke vloeistofuitwisseling ervaren.
Voor viskeuze oplossingen kan dit probleem groter zijn.
Het actieve verwarmingsoppervlak moet idealiter worden geplaatst waar de circulatie de verwarmer vanuit meerdere richtingen bereikt of waar de processtroom opzettelijk over de verwarmingszone wordt geleid.
Bij de afstand tot de tankbodem en wanden moet ook rekening worden gehouden met sediment, afzettingen en toegang voor onderhoud.
De verwarmingstijd kan worden geschat op basis van de vloeistofeigenschappen
Stel dat een illustratieve tank 600 kg van een chemische oplossing met een hoge- viscositeit en een soortelijke warmtecapaciteit van 2,8 kJ/(kg·K) bevat. De benodigde temperatuurstijging bedraagt 40 graden.
De zinvolle verwarmingsenergie is:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Dit komt overeen met ongeveer 18,7 kWh.
Met een verwarming van 12 kW zou de ideale, verstandige-verwarmingstijd ongeveer zijn:
18,7 ÷ 12=1.56 uur
De werkelijke verwarmingstijd zal langer zijn als gevolg van warmteverlies in de tank, leidingen, verdamping, belasting van het werkstuk en andere thermische effecten.
Het voorbeeld laat ook zien waarom de selectie van verwarmers gebruik moet maken van de werkelijke specifieke warmtecapaciteit van de chemische oplossing in plaats van uit te gaan van watereigenschappen.
Het vermogen moet overeenkomen met de werkelijke warmte-Overdrachtsconditie
Voor baden met een hoge- viscositeit kan het kiezen van een verwarming met overmatig vermogen een moeilijke thermische omgeving creëren.
Een betere aanpak is om het volgende in evenwicht te brengen:
Vereiste verwarmingssnelheid
Actief verwarmingsgebied
Gemiddelde warmteflux
Circulatiecapaciteit
Viscositeit van het bad
Bedrijfstemperatuur
Tankgeometrie
Vereiste temperatuuruniformiteit
Het doel is niet simpelweg het maximale verwarmingsvermogen. Het bruikbare doel is voldoende warmteoverdracht zonder overmatige lokale thermische concentratie.
Welke informatie moet bij de aanbesteding worden opgenomen?
Een chemische toepassing met hoge- viscositeit moet het volgende opleveren:
Chemische samenstelling
Viscositeit bij opstarttemperatuur
Viscositeit bij bedrijfstemperatuur
Specifieke warmtecapaciteit
Dikte
Doeltemperatuur
Vereiste opwarmtijd
Afmetingen tank
Circulatiemethode
Minimaal vloeistofniveau
Vereist verwarmingsvermogen
Beschikbare elektrische voeding
Deze informatie maakt het mogelijk eenPTFE-dompelverwarmerontworpen rond het daadwerkelijke vloeistofgedrag in plaats van een vereenvoudigde aanname op basis van water-.
Voor bijzonder stroperige oplossingen, beperkte circulatie, diepe tanks of grote verwarmingsbelastingen kunnen een aangepast verwarmingsoppervlak en verwarmingsgeometrie een betere thermische verdeling bieden. De uiteindelijke configuratie moet de warmtestroom, circulatie, onderdompelingsdiepte en procestemperatuur in evenwicht brengen om een stabiele verwarming door de chemicaliëntank te bereiken.
