פתרונות כימיים-בגבוהים יוצרים בעיית חימום שונה מאמבטיות-בעלות צמיגות נמוכה. המחמם עשוי להגיע לתפוקה החשמלית הנדרשת, אך המיכל עדיין יכול להראות התאוששות טמפרטורה איטית או הבדלי טמפרטורה חזקים בין אזור המחמם לשאר הנוזל.
עבור אדוד טבילה PTFE, צמיגות משפיעה על האופן שבו החום מתרחק ממשטח החימום. לכן יש לקחת בחשבון את כוח המחמם, שטח הפנים הפעיל, מחזור הדם, מיקום ההתקנה וגיאומטריית המיכל ביחד.
מדוע צמיגות משנה את ביצועי החימום
כאשר נוזל הופך לצמיג יותר, ההתנגדות שלו לזרימה עולה. הסעה טבעית עלולה להיות חלשה יותר, בעוד שמחזור הדם ממשאבות או תסיסה עשוי להיות פחות יעיל.
ניתן לפשט את העברת החום מדוד טבילה כך:
Q=hAAT
אֵיפֹהQמועבר חום,hהוא מקדם העברת החום-היעיל,Aהוא אזור חימום פעיל, וΔTהוא הפרש הטמפרטורה בין משטח החימום לנוזל שמסביב.
כאשר תנועת הנוזל מסביב למחמם מוגבלת,hיכול להקטין. לאחר מכן ייתכן שיידרש הבדל טמפרטורה רב יותר כדי להעביר את אותה כמות חום.
צמיגות גבוהה יכולה ליצור שכבה חמה מסביב למחמם
תמיסה עם-צמיגות גבוהה עשויה להתרחק באיטיות ממשטח המחמם.
לכן הנוזל המקיף את המחמם יכול להתחמם במידה ניכרת מהתמיסה בתפזורת.
זה יוצר שתי בעיות.
הראשון הוא אי אחידות-בטמפרטורה. השני הוא עומס תרמי מוגבר על משטח המחמם.
חיישן מיכל הממוקם רחוק מהמחמם עשוי להמשיך להראות טמפרטורה מתחת למטרה למרות שהנוזל שמקיף את משטח החימום כבר חם הרבה יותר.
פשוט הגדלת כוח המחמם יכולה להפוך את המצב הזה לחמור יותר.
חימום שטח הפנים הופך להיות חשוב יותר
ניתן להעריך את שטף החום הממוצע של משטח החימום באמצעות:
q = P/A
אֵיפֹהPהוא חשמל וAהוא אזור חימום פעיל.
שקול דרישת חימום של 10 קילוואט לדוגמה:
| תְצוּרָה | כּוֹחַ | אזור חימום אקטיבי | שטף חום ממוצע |
|---|---|---|---|
| דוד קומפקטי | 10 קילוואט | 0.50 m² | 20 קילוואט/מ"ר |
| מחמם שטח-בינוני | 10 קילוואט | 0.80 m² | 12.5 קילוואט/מ"ר |
| מחמם מבוזר | 10 קילוואט | 1.20 m² | 8.3 קילוואט/מ"ר |
נתונים אלה הם חישובים להמחשה, לא ערכי הפעלה אוניברסליים מותרים של PTFE.
הגדלת השטח הפעיל יכולה להפיץ את אותו הכוח החשמלי על פני משטח גדול יותר. אם זה משפר את ביצועי התהליך בפועל תלוי בסירקולציה, בתכונות הכימיות, בגיאומטריית המחמם ובמידות המיכל.
שינויי טמפרטורה יכולים להשפיע על צמיגות
נוזלים כימיים רבים הופכים פחות צמיגים ככל שהטמפרטורה עולה.
זה יוצר דינמיקה חשובה במהלך ההפעלה.
בתחילת החימום, התמיסה עשויה להיות צמיגה יחסית ומחזור הדם עשוי להיות גרוע. ככל שהטמפרטורה עולה, הצמיגות עשויה לרדת ותנועת הנוזל עשויה להשתפר.
לכן מערכת החימום יכולה להתנהג בצורה שונה במהלך האתחול ופעולה-יציבה.
מחמם בגודל רק ממצב-יציב עלול לספק ביצועי הפעלה לא מספיקים אם הצמיגות הראשונית גבוהה משמעותית.
מחזור מכני צריך להתאים את הנוזל
עבור פתרונות-בצמיגות גבוהה, ייתכן שיהיה צורך בסירקולציה מכנית כדי להעביר חום דרך המיכל.
עם זאת, קיבולת המשאבה הנומינלית לבדה אינה מבטיחה העברת חום יעילה.
נתיב הזרימה צריך להגיע לאזור החימום ולהעביר נוזל מחומם לכיוון החלקים הקרים יותר של המיכל.
מערכת זרימה שעוקפת את המחמם יכולה לקבל קצב זרימה כללי גבוה תוך הפקת העברת חום מקומית חלשה.
לכן יש להעריך את מיקום המערבל, כניסת המשאבה, מיקום הפריקה, הצנרת הפנימית ומיקום המחמם כמערכת שלמה.
מיקום המחמם יכול להפחית אזורים עומדים
תנור חימום המותקן בפינה או קרוב לקיר מיכל עלול לחוות חילופי נוזלים חלשים.
עבור פתרונות צמיגים, בעיה זו יכולה להיות בולטת יותר.
משטח החימום הפעיל צריך להיות ממוקם באופן אידיאלי במקום שבו זרימת הדם מגיעה למחמם ממספר כיוונים או במקום שבו זרימת התהליך מכוונת בכוונה על פני אזור החימום.
פינוי מקרקעית המיכל והקירות צריך לקחת בחשבון גם משקעים, משקעים וגישה לתחזוקה.
ניתן להעריך את זמן החימום לפי מאפייני נוזל
נניח שמיכל להמחשה מכיל 600 ק"ג של תמיסה כימית-בצמיגות גבוהה עם קיבולת חום ספציפית של 2.8 קילו-ג'יי/(ק"ג·K). עליית הטמפרטורה הנדרשת היא 40 מעלות.
אנרגיית החימום ההגיונית היא:
Q=mcΔT
Q=600 × 2.8 × 40=67,200 קילו-ג'יי
זה שווה בערך 18.7 קילוואט.
עם תנור חימום של 12 קילוואט, זמן החימום האידיאלי- יהיה בערך:
18.7 ÷ 12=1.56 שעות
זמן החימום בפועל יהיה ארוך יותר בגלל אובדן חום במיכל, צנרת, אידוי, העמסת חלקי עבודה והשפעות תרמיות אחרות.
הדוגמה גם מראה מדוע בחירת מחמם צריכה להשתמש בקיבולת החום הספציפית בפועל של התמיסה הכימית במקום בהנחה של תכונות מים.
הכוח צריך להתאים לתנאי ההעברה-החום בפועל
עבור אמבטיות עם צמיגות- גבוהה, בחירת תנור חימום בעל עוצמה מופרזת עלולה ליצור סביבה תרמית קשה.
גישה טובה יותר היא איזון:
קצב חימום נדרש
אזור חימום אקטיבי
שטף חום ממוצע
יכולת מחזור
צמיגות אמבטיה
טמפרטורת הפעלה
גיאומטריית טנק
דרישה לאחידות טמפרטורה
המטרה היא לא רק כוח חימום מקסימלי. המטרה השימושית היא העברת חום מספקת ללא ריכוז תרמי מקומי מופרז.
איזה מידע צריך לכלול ברכש?
יישום כימי-גבוהה צריך לספק:
הרכב כימי
צמיגות בטמפרטורת ההפעלה
צמיגות בטמפרטורת עבודה
קיבולת חום ספציפית
צְפִיפוּת
טמפרטורת יעד
זמן חימום נדרש
מידות טנק
שיטת מחזור
רמת נוזל מינימלית
כוח דוד נדרש
אספקת חשמל זמינה
מידע זה מאפשר אדוד טבילה PTFEלהיות מתוכנן סביב התנהגות הנוזל בפועל במקום הנחה פשוטה המבוססת על מים-.
עבור פתרונות צמיגים במיוחד, זרימת דם מוגבלת, מיכלים עמוקים או עומסי חימום גדולים, שטח פני חימום מותאם אישית וגיאומטריית מחמם יכולים לספק חלוקה תרמית טובה יותר. התצורה הסופית צריכה לאזן את שטף החום, מחזור הדם, עומק הטבילה וטמפרטורת התהליך כדי להשיג חימום יציב בכל מיכל הכימיקלים.
