У индустријским хемијским резервоарима, иста грејна плоча може произвести веома различите резултате загревања када се промени дубина течности. Процесни резервоар може одржавати потребну просечну температуру док горњи и доњи региони показују приметне температурне разлике.
Ово постаје важније у дубоким резервоарима, хемијским купатилима-великих запремина и процесима у којима се ниво течности мења током производње.
За грејну плочу,дубина течности утиче на природну конвекцију, стратификацију температуре, удаљеност циркулације и време потребно за дистрибуцију топлоте кроз купатило.
Зашто се дубока течност не загрева увек уједначено
Грејна плоча преноси топлоту са дна резервоара или друге дефинисане површине у процесну течност.
Како се дубина течности повећава, загрејана течност мора да путује даље пре него што стигне до горњег дела резервоара. Ако је циркулација слаба, температурна разлика између доње и горње зоне може постати значајна.
Природна конвекција може помоћи јер топлија течност има тенденцију да расте док се хладнија течност креће наниже. Међутим, вискозитет, геометрија резервоара, унутрашња опрема и хемијска својства могу ограничити ово кретање.
Дубоки резервоар стога не треба процењивати само према укупној запремини течности.
Дубина течности мења образац циркулације
За плитки резервоар, топлота коју ствара грејна плоча може релативно брзо утицати на већину течности.
Дубљи резервоар ствара дужи пут циркулације. Грејна плоча може произвести врућу доњу област док горња течност остаје хладнија, посебно током покретања.
Ово се често описује као стратификација температуре.
Проблем може постати израженији када процесна течност има висок вискозитет или када резервоар садржи унутрашње компоненте које прекидају циркулацију.
Присилна циркулација може да смањи овај ефекат, али проток пумпе треба ефикасно да се распореди по области грејања, а не да се једноставно повећава без узимања у обзир губитка притиска и путања протока.
Подручје грејања и дубина треба да се разматрају заједно
Топлотни ток површине грејне плоче може се изразити као:
q'' = Q / A
гдеQје грејна снага иAје активна грејна површина.
Плоча велике{0}}мале-површине може да произведе снажно локално загревање на дну дубоког резервоара. Веће грејно подручје шире дистрибуира топлотни унос и може смањити температурну разлику у близини грејне површине.
Међутим, повећање површине плоче не решава аутоматски дубоку{0}}стратификацију резервоара.
Ако горња течност има недовољну циркулацију, чак и велика грејна плоча може оставити хладније подручје даље од површине.
| Дубина течности | Типична дистрибуција топлоте | Главно ограничење | Погодан фокус дизајна |
|---|---|---|---|
| Плитко | Релативно кратак термички пут | Могуће локалне вруће тачке | Површински топлотни ток |
| Умерено | Добар потенцијал за природну циркулацију | Образац тока је важан | Грејна површина и циркулација |
| Дубоко | Дужи пут циркулације | Температурна стратификација | Принудна циркулација |
| Променљива дубина | Промена термичких услова | Неуједначен одговор на загревање | Контрола{0}}заснована на нивоу |
| Дубока + вискозна течност | Слаба природна конвекција | Јака стратификација | Нижи топлотни ток и контролисан проток |
Табела показује зашто дубину течности треба третирати као термални{0}}параметар дизајна.
Покретање може бити теже од стабилног рада
Услови хладног{0}}старања често стварају највећу температурну разлику.
На почетку циклуса грејања, течност у близини грејне плоче се прво загрева. Горња течност остаје близу почетне температуре све док циркулација не пренесе енергију нагоре.
Како температура расте, неки хемијски раствори постају мање вискозни и лакше циркулишу. Због тога се понашање загревања може побољшати након почетног периода-загревања.
Грејну плочу треба проценити у складу са потребним временом покретања као и стационарним{0}} радним условима.
За континуирану производњу, температура улазне течности такође треба узети у обзир јер хладно напајање може континуирано да уклања топлоту из система.
Положај сензора може сакрити стратификацију
Један сензор температуре можда не представља комплетан резервоар.
Ако је сензор постављен близу грејне плоче, може детектовати релативно високу локалну температуру док горња зона процеса остаје хладнија.
Ако је постављен близу излаза, на очитавање може утицати циркулација и повратни ток.
За дубоке хемијске резервоаре, више тачака мерења могу пружити боље информације о вертикалној расподели температуре.
Разлика између очитавања доње и горње температуре може помоћи да се утврди да ли је проблем недовољан капацитет грејања или лоша дистрибуција топлоте.
ПТФЕ грејним плочама је потребан уравнотежен термички дизајн
ПТФЕ грејне плоче могу пружити јаку хемијску отпорност у многим корозивним процесним течностима. Међутим, ПТФЕ има нижу топлотну проводљивост од обичних метала, тако да је дизајн{1}}преноса топлоте и даље важан.
Однос између снаге грејања, активне површине, дебљине материјала, циркулације течности и радне температуре треба посматрати као комплетан систем.
Коришћење прекомерне електричне енергије за превазилажење дубоко-раслојавања температуре резервоара може да повећа локалну површинску температуру без решавања основног проблема са циркулацијом.
Боље решење може укључити већу грејну површину, побољшану циркулацију или више зона грејања.
Како треба проценити дубоке резервоаре?
Процес дизајна треба да укључује:
Нормална и минимална дубина течности
Висина резервоара и геометрија дна
Потребна радна температура
Време загревања при покретању
Вискозитет течности при стартовању и радној температури
Брзина протока циркулације
Хемијска концентрација
Површина грејне плоче и снага
Локације сензора температуре
За континуирани процес, термичко оптерећење се може проценити из:
К=мЦпΔТ + Клосс
Ово одређује колико топлоте мора бити испоручено, док анализа циркулације одређује колико ефикасно се та топлота може дистрибуирати кроз дубину течности.
Избор грејне плоче за различите дубине течности
Дубина течности има директан утицај на то како се топлота креће кроз хемијски резервоар. Плитки резервоари могу захтевати већу пажњу на локални топлотни ток, док дубоки резервоари често захтевају јаче разматрање вертикалне циркулације и температурне стратификације.
Стога се бира одговарајућа грејна плоча премадубина течности, област грејања, густина снаге, циркулација, вискозитет, геометрија резервоара и захтеви за температуру производњеа не само запремина резервоара.
За хемијске резервоаре дубоког или променљивог{0}}нивоа, ови параметри такође представљају основу за одлучивање да ли ће већа плоча, распоред грејања или прилагођене зоне грејања обезбедити стабилнију дистрибуцију температуре.
