У хемијској обради, грејна плоча може да достигне своју номиналну температуру док је процесни раствор тешко загрејати уједначено. Ова ситуација постаје уочљивија када течност има висок вискозитет, јер се топлота не креће тако лако кроз резервоар као у раствору ниског{1}}вискозитета.
Резултат може бити споро загревање, раслојавање температуре и топли регион директно изнад грејне плоче.
За хемијска раствора високог{0}}вискозитета, стабилно загревање зависи од односа измеђуснага грејне плоче, површина, кретање течности, вискозитет и температурна разлика.
Зашто вискозитет мења понашање при загревању
Када се вискозитет течности повећа, природна конвекција постаје слабија јер течност има већи отпор кретању.
Грејна плоча преноси енергију на површину течности у близини плоче. У раствору ниског{1}}вискозитета, загрејана течност може да порасте и релативно лако се меша. У вискозном раствору, загрејани слој може дуже остати близу плоче.
Ово ствара термички гранични слој који ограничава дистрибуцију топлоте.
Грејна плоча стога може показати нормалан електрични рад док горњи део резервоара остаје знатно хладнији.
Повећање електричне енергије може убрзати локално грејање, али не мора нужно да реши проблем циркулације.
Површина може бити важнија од веће снаге
Топлотни ток површине грејне плоче изражава се као:
q'' = Q / A
гдеQје грејна снага иAје ефективна грејна површина.
За исти термички рад, повећање активне површине смањује просечни топлотни ток.
Ово може бити корисно за вискозне течности јер већа грејна површина распоређује топлотни унос на већу површину. Локалну температуру течности је можда лакше контролисати у поређењу са малом плочом за грејање велике снаге{1}.
Компактна плоча и даље може бити прикладна када је простор резервоара ограничен, али њени захтеви за густином снаге и циркулацијом захтевају детаљнију процену.
Циркулација одређује уједначеност температуре
Решења високог{0}}вискозитета често захтевају намерну циркулацију уместо да се у потпуности ослањају на природну конвекцију.
Проток пумпе треба проценити заједно са својствима течности и геометријом резервоара. Номинални проток пумпе не гарантује равномерно кретање око грејне плоче.
Мртве зоне се могу појавити у близини зидова резервоара, углова, унутрашњих уређаја или дна дубоких резервоара.
Грејна плоча треба да буде постављена тамо где кретање течности може ефикасно уклонити топлоту са активне површине.
| Течно стање | Понашање циркулације | Реакција на грејање | Приоритет дизајна |
|---|---|---|---|
| Низак вискозитет | Лако кретање течности | Брзо изједначавање температуре | Стандардни тираж |
| Умерени вискозитет | Смањена конвекција | Благи топлотни градијент | Адекватан проток |
| Висок вискозитет | Слаба природна циркулација | Локална топла зона | Принудна циркулација |
| Висок вискозитет + мали проток | Веома ограничена дистрибуција топлоте | Јака температурна стратификација | Смањите топлотни ток и побољшајте проток |
| Висок вискозитет + наслаге | Ограничена циркулација | Брзо повећање топлотне отпорности | Контрола загађивања |
Ови услови показују зашто би вискозност требало да буде укључена у избор грејне плоче, а не да се третира као секундарни детаљ процеса.
Промене температуре такође утичу на вискозитет
Важна карактеристика многих хемијских раствора је да се вискозитет смањује како температура расте.
Ово ствара динамички процес грејања.
Приликом покретања, хладни раствор може имати релативно висок вискозитет и лошу циркулацију. Како грејна плоча подиже температуру, раствор може постати лакши за циркулацију, побољшавајући дистрибуцију топлоте.
То значи да услови покретања могу бити захтевнији од рада у стабилном{0}} стању.
Грејна плоча величине само за крајње услове рада може стога да произведе неочекивано споро загревање-или превисоку локалну температуру током покретања.
ПТФЕ конструкција захтева топлотну равнотежу
ПТФЕ грејне плоче могу бити корисне за корозивна хемијска решења јер ПТФЕ пружа јаку хемијску отпорност.
Међутим, ПТФЕ има нижу топлотну проводљивост од многих металних материјала. Заштитни слој стога доприноси топлотном отпору између грејног елемента и процесне течности.
За вискозне хемијске растворе, ово чини површину грејања и густину снаге посебно важним.
Дизајн са довољном површином и контролисаним топлотним током може помоћи у одржавању стабилних површинских услова, док прекомерна концентрација снаге може повећати температурну разлику између грејне површине и околне течности.
Хемијска компатибилност такође треба да се провери на стварној радној температури и концентрацији.
Како се може постићи стабилно грејање?
Неколико мера дизајна и рада могу побољшати стабилност температуре:
Користите довољну површину грејања.
Избегавајте непотребно висок површински топлотни ток.
Обезбедите циркулацију у близини грејне плоче.
Узмите у обзир вискозитет на температури покретања.
Поставите сензоре температуре даље од локализованих врућих зона.
Одржавајте константан ниво течности.
Пратите концентрацију хемикалија и запрљања.
Омогућите адекватан приступ за одржавање.
За велике или високо вискозне резервоаре, више грејних зона може да обезбеди бољу контролу од једног концентрисаног извора грејања.
Независна контрола различитих зона такође може смањити непотребно загревање у областима где је течност већ близу циљне температуре.
Још увек треба израчунати топлотно оптерећење
Избор грејне плоче треба да почне са стварним топлотним захтевима.
Поједностављени континуирани{0}}прорачун оптерећења је:
К=мЦпΔТ + Клосс
гдеṁје брзина протока течности,Цпје специфична топлота,ΔTје потребно повећање температуре, иКлосспредставља губитке топлоте.
Израчунати рад треба затим да се процени у односу на вискозитет, циркулацију, површину грејања и дозвољени топлотни ток.
Ово спречава уобичајену грешку: бирање грејне плоче велике{0}}снаге да би се компензовало слабо кретање течности.
Поузданија стратегија одабира
Грејна плоча може да одржи стабилну температуру у хемијским растворима високог{0}}вискозитета када се топлотни и хидраулични услови правилно поклапају.
Критична равнотежа је измеђугрејне снаге и дистрибуције топлоте. Већа снага је корисна за задовољавање топлотних захтева, али превелика густина снаге може да појача локалне температурне разлике када је циркулација слаба.
За индустријске хемијске резервоаре, вискозитет при стартној и радној температури, брзина циркулације, геометрија резервоара, концентрација хемикалија, потребно време загревања и површина грејне плоче треба да се дефинишу пре коначног избора.
Овај приступ пружа поузданију основу за избор снаге грејне плоче, димензија, ПТФЕ конструкције и контролних зона за стабилан дуготрајан{0}}рад.
