Een metaalafwerkingsfabriek moest een vervangend PTFE-dompelverwarmer op maat maken voor een chroomzuuranodisatietank van 2000-liter. Het bad werkte op 55 graden en de installatie had vanaf 20 graden een opwarmtijd van vier uur nodig. De bestaande verwarming was te klein geweest en de tank bereikte nooit het instelpunt tijdens de piekproductie. Het onderhoudsteam moest het juiste vermogen berekenen voordat een vervanging werd besteld.
Voor het dimensioneren van een PTFE-dompelverwarmer voor een chroomzuurtank zijn drie berekeningen nodig: de opwarmbelasting-, de onderhoudsbelasting en het oppervlak dat nodig is voor een veilige wattdichtheid. Elke berekening is afhankelijk van de badchemie, de tankafmetingen en de bedrijfsomstandigheden.
Stap 1: Bereken de opwarmingsbelasting-
De opwarmbelasting- is de energie die nodig is om het bad binnen de gewenste tijd van de omgevingstemperatuur naar het instelpunt te brengen. De formule is: kW=(liter × ΔT × Cp × dichtheid) / (3600 × uur).
Voor een chroomzuurbad van 2.000-liter met een dichtheid van 1.150 kg/m³ en een soortelijke warmte van 3,75 kJ/kg·K is voor het verwarmen van 20 graden naar 55 graden in vier uur ongeveer 23 kW nodig. Als u 20% optelt voor verliezen tijdens het opwarmen, krijgt u 28 kW.
| Tankvolume | Temperatuurstijging | Opwarmtijd- | Verwarming-Upload | Met een verliesmarge van 20% |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 graden | 4 uur | 11,5 kW | 14 kW |
| 1,500 L | 35 graden | 4 uur | 17,2 kW | 21 kW |
| 2,000 L | 35 graden | 4 uur | 23,0 kW | 28 kW |
| 2,500 L | 35 graden | 4 uur | 28,7 kW | 34 kW |
| 3,000 L | 35 graden | 4 uur | 34,5 kW | 41 kW |
Opwarmbelasting-voor chroomzuurbaden bij 1.150 kg/m³ en 3,75 kJ/kg·K
Stap 2: Bereken de onderhoudsbelasting
De onderhoudsbelasting is de energie die nodig is om het instelpunt vast te houden tegen aanhoudende verliezen. Voor een tank van 2.000 liter bij 55 graden bedragen de wandverliezen 1,5–2,5 kW, de oppervlakteverliezen 0,8–1,5 kW en de productiebelasting 1–3 kW. De totale onderhoudsbelasting bedraagt 3,3–7,0 kW.
De verwarming moet geschikt zijn voor de grootste opwarmbelasting of onderhoudsbelasting. Voor deze tank is de opwarmbelasting van 28 kW groter.
Stap 3: Bereken het benodigde oppervlak
Het oppervlak is afhankelijk van het wattage en de veilige wattdichtheid voor chroomzuur. Voor een PTFE-dompelverwarmer in chroomzuur bij 55 graden is de veilige wattdichtheid 1,0–1,2 W/cm².
Voor een vermogen van 28 kW bij 1,0 W/cm² bedraagt het benodigde oppervlak 28.000 cm². Een enkele rechte verwarmer met een manteldiameter van 50 mm zou een verwarmde lengte van 17.834 mm nodig hebben-veel langer dan welke normale tank dan ook. Er is een multi-configuratie of meerdere verwarmingen nodig.
| Wattage | Veilige wattdichtheid | Vereiste oppervlakte | Verwarmde lengte bij 50 mm mantel | Multi--configuratie |
|---|---|---|---|---|
| 15 kW | 1,0 W/cm² | 15.000 cm² | 9.554 millimeter | 6 passen × 1.592 mm |
| 20 kW | 1,0 W/cm² | 20.000 cm² | 12.739 millimeter | 8 passen × 1.592 mm |
| 25 kW | 1,0 W/cm² | 25.000 cm² | 15.924 millimeter | 10 passen × 1.592 mm |
| 28 kW | 1,0 W/cm² | 28.000 cm² | 17.834 millimeter | 12 passen × 1.486 mm |
| 30 kW | 1,0 W/cm² | 30.000 cm² | 19.108 mm | 12 passen × 1.592 mm |
Vereisten voor oppervlakte en multi{0}}configuratie voor chroomzuur bij 1,0 W/cm²
Stap 4: Controleer de onderdompelingsdiepte en de pasvorm van de tank
De verwarmer moet in de tank passen en volledig ondergedompeld blijven op het minimale vloeistofniveau. Een tank van 2.000-liter van 1.500 × 1.200 × 1.100 mm heeft een bruikbare verwarmde lengte van ongeveer 800–900 mm. Een meertrapsverwarmer met 12 doorgangen van elk 1.486 mm past niet in één tank.
De praktische oplossing is om meerdere verwarmingstoestellen te gebruiken, verdeeld over de omtrek van de tank. Drie verwarmingselementen, elk met 10 kW bij 1,0 W/cm², leveren in totaal 30 kW. Elke verwarming heeft een multi-configuratie die past bij de beschikbare ruimte.
Stap 5: Controleer de wattdichtheid en oppervlaktetemperatuur
De wattdichtheid wordt berekend op basis van het totale wattage en het totale oppervlak. Voor 28 kW en 28.000 cm² bedraagt de wattdichtheid 1,0 W/cm². Bij 1,0 W/cm² in een matig geroerd chroomzuurbad van 55 graden bedraagt de oppervlaktetemperatuur ongeveer 75–80 graden. Dat ligt binnen het veilige bereik voor PTFE.
Als de berekende oppervlaktetemperatuur hoger is dan 85 graden, moet de wattdichtheid worden verlaagd en het oppervlak worden vergroot.
Wanneer standaardverwarmers niet kunnen voldoen aan de vereisten voor vermogen en oppervlakte
Grote chroomzuurtanks met hoge opwarmingsbelastingen zijn vaak niet geschikt voor standaard PTFE-dompelaars met de lage wattdichtheden die de chemie vereist. Een aangepaste PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met meerdere verwarmers, een groot oppervlak en een lage wattdichtheid pakt de hoofdoorzaak aan van een mismatch in vermogen en oppervlak. Voor het specificatieproces zijn het tankvolume, de samenstelling van het bad, de bedrijfstemperatuur, de beoogde opwarmtijd- en het vereiste wattage vereist. Voor faciliteiten met grote chroomzuurtanks zorgt deze toepassing-specifieke aanpak ervoor dat de verwarming het vereiste vermogen levert bij een veilige oppervlaktetemperatuur.
