Ongelijkmatige verwarming is een veelvoorkomend probleem in chemicaliëntanks. De temperatuurregelaar kan de streefwaarde weergeven terwijl het ene deel van het bad merkbaar koeler blijft dan het andere. In andere gevallen ontstaat er afzetting in de buurt van de verwarmer, varieert de productkwaliteit tussen de tankposities of schakelt de verwarmer vaker aan en uit dan verwacht.
Voor eenPTFE-dompelverwarmerwordt ongelijkmatige verwarming zelden veroorzaakt door één parameter alleen. De geometrie van de verwarming, de vermogensdichtheid, de vloeistofcirculatie, de vorm van de tank, de installatiepositie en de locatie van de temperatuur-sensor kunnen allemaal bijdragen.
Ongelijkmatige verwarming begint met warmteverdeling
Een dompelverwarmer brengt energie over via zijn actieve verwarmingsoppervlak. Als het verwarmingsvermogen in een klein gebied wordt geconcentreerd, krijgt de omringende vloeistof een hoge lokale warmte-inbreng.
De gemiddelde oppervlaktewarmteflux kan worden geschat met:
q = P/A
waarPis verwarmingsvermogen enAis een actief verwarmingsgebied.
Een verwarmingselement van 10 kW met een actief oppervlak van 0,5 m² heeft bijvoorbeeld een illustratieve gemiddelde warmtestroom van 20 kW/m².
Een tweede configuratie van 10 kW met een actief oppervlak van 1,0 m² zou een gemiddelde waarde van 10 kW/m² hebben.
De berekening definieert geen universeel toegestane warmteflux. De werkelijke prestaties zijn afhankelijk van de PTFE-constructie, de badchemie, de circulatie, de temperatuur en de geometrie van de verwarming.
Een slechte bloedsomloop kan temperatuurzones creëren
Vloeistofbeweging is een van de belangrijkste factoren die de temperatuuruniformiteit beïnvloeden.
Wanneer de circulatie zwak is, kan hete vloeistof dicht bij de verwarming blijven, terwijl koudere vloeistof verder weg blijft. Hierdoor ontstaat er een temperatuurgradiënt in de tank.
Een vereenvoudigde warmteoverdrachtsrelatie- is:
Q=hAΔT
Als de vloeistofbeweging rond het verwarmingsoppervlak afneemt, wordt de effectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt- verlaagdhkan ook afnemen.
Het verwarmingssysteem kan dan een groter temperatuurverschil nodig hebben om hetzelfde vermogen naar het bad over te brengen.
Dit is vooral belangrijk voor viskeuze chemische oplossingen of tanks met beperkte natuurlijke convectie.
De positie van de verwarming kan het probleem verergeren
Een verwarming die te dicht bij een tankwand is geïnstalleerd, kan ongelijkmatige verwarming veroorzaken omdat de vloeistofbeweging rond een deel van het actieve oppervlak beperkt is.
Interne leidingen, werkstukken, schotten, tank{0}}bodemconstructies en aanzuig- of afvoerleidingen kunnen soortgelijke effecten veroorzaken.
Bij een praktische installatiebeoordeling moet het volgende worden onderzocht:
Afstand tussen verwarming en tankwand
Afstand vanaf de tankbodem
Locatie van circulatie-uitlaten
Positie van retourstroom
Interne leidingen
Laadgebied voor werkstukken
Locatie van de temperatuur-sensor
Het doel is niet simpelweg om de verwarmer in de tank te plaatsen, maar om de actieve verwarmingszone te plaatsen waar de vloeistofuitwisseling voldoende is.
Temperatuur-De sensorlocatie kan het probleem verbergen
Eén enkele temperatuursensor vertegenwoordigt mogelijk niet de hele tank.
Een sensor die zich dicht bij de circulatieretour bevindt, kan bijvoorbeeld een -goed gemengde temperatuur detecteren, terwijl een afgelegen hoek kouder blijft. Een sensor die te dicht bij de verwarming is geplaatst, kan het tegenovergestelde probleem hebben en een plaatselijk verhoogde temperatuur detecteren.
Dit kan onnodige verwarmingscycli of onvoldoende verwarming elders veroorzaken.
Voor grote tanks moet de plaatsing van de sensor worden geëvalueerd samen met de locatie van de verwarmer en het circulatiepatroon. Meerdere meetpunten kunnen geschikt zijn als er aanzienlijke ruimtelijke temperatuurverschillen worden verwacht.
De afstand tussen de verwarmingselementen is van belang in grotere tanks
MeerderePTFE-dompelverwarmerskan meer gedistribueerde verwarming leveren dan één geconcentreerde verwarmingszone.
Het simpelweg toevoegen van verwarmers verbetert echter niet automatisch de uniformiteit.
Als meerdere verwarmingstoestellen dicht bij elkaar worden geïnstalleerd, kan de warmte geconcentreerd blijven in één regio. Als verwarmingstoestellen te ver uit elkaar worden geplaatst, kunnen er afzonderlijke warme en koude zones ontstaan.
De afstanden moeten daarom de tankgeometrie en de vloeistofcirculatie volgen.
Een vereenvoudigd ontwerpdoel is om verwarmingszones zo te verdelen dat de gegenereerde warmte door het bruikbare procesvolume kan worden getransporteerd in plaats van zich op te hopen rond individuele verwarmingselementen.
Een praktisch temperatuur-voorbeeld van het in kaart brengen
Beschouw een illustratieve chemicaliëntank met vier meetlocaties:
| Meetpunt | Waargenomen temperatuur | Mogelijke interpretatie |
|---|---|---|
| In de buurt van verwarming | 68 graden | Sterke lokale warmte-inbreng |
| Midden van de tank | 62 graden | Gedeeltelijk mengen |
| Tegenoverliggende muur | 57 graden | Zwakke warmtecirculatie |
| Dichtbij tankuitlaat | 60 graden | Tussenliggende stroomtoestand |
Als de controller is ingesteld op 60 graden en de sensor dichtbij de uitlaat is geplaatst, kan het lijken alsof het systeem correct werkt, ook al heeft de tank een temperatuurbereik van 57-68 graden.
Dit voorbeeld laat zien waarom de nauwkeurigheid van de controller alleen geen temperatuuruniformiteit garandeert.
Afzettingen kunnen de thermische weerstand verhogen
Chemische afzettingen op het verwarmingsoppervlak kunnen de warmteoverdracht verder bemoeilijken.
Een afzettingslaag introduceert extra thermische weerstand tussen het verwarmingselement en de vloeistof. Naarmate die weerstand toeneemt, heeft de verwarmer mogelijk een groter intern -naar- vloeistoftemperatuurverschil nodig om hetzelfde vermogen over te dragen.
Als de afzetting ongelijkmatig is, kunnen verschillende delen van de verwarmer onder verschillende thermische omstandigheden werken.
Regelmatige inspectie en passende badcontroleprocedures- kunnen daarom belangrijk zijn voor processen die gevoelig zijn voor kristallisatie, aanslag of chemische ophoping.
Hoe u ongelijkmatige verwarming kunt corrigeren
Bij het oplossen van problemen moet het volledige thermische systeem worden onderzocht in plaats van het verwarmingsvermogen onmiddellijk te verhogen.
Nuttige controles zijn onder meer:
In kaart brengen van temperaturen op verschillende tanklocaties
Meten van de werkelijke vloeistofcirculatie
Conditie van het verwarmingsoppervlak inspecteren
Controle van de afstand tussen de verwarmingselementen
Controle van de afstand tussen de verwarming- en- de muur
Positie van de temperatuursensor- bevestigen
Vergelijking van de werkelijke badconcentratie met de processpecificatie
Controleren of het actieve verwarmingsoppervlak overeenkomt met het benodigde vermogen
Het verhogen van het vermogen zonder de slechte circulatie te corrigeren, kan de lokale temperatuurverschillen verergeren.
Voor eenPTFE-dompelverwarmerEen uniforme verwarming hangt af van de relatie tussen vermogen, actief oppervlak, vloeistofbeweging, installatiegeometrie en regelstrategie. Wanneer deze parameters samen worden ontworpen, kunnen temperatuurverschillen worden verkleind zonder simpelweg een overmatige verwarmingscapaciteit toe te voegen.
