דרוש מפעל גימור מתכת לגודל לוחית חימום חלופית למיכל אילגון חומצה כרומית בנפח 2,000-ליטר. האמבטיה פעלה ב-55 מעלות, והמפעל דרש זמן חימום של ארבע שעות מ-20 מעלות. הצלחת הקיימת הייתה מועטה, והמיכל מעולם לא הגיע לנקודת קבע במהלך שיא הייצור. צוות התחזוקה היה צריך לחשב את ההספק הנכון לפני הזמנת החלפה.
התאמה של לוחית חימום למיכל חומצה כרומית דורשת שלושה חישובים: עומס החימום-, עומס התחזוקה ושטח הפנים הנדרש לצפיפות וואט בטוחה. כל חישוב תלוי בכימיה של האמבטיה, במידות המיכל ובתנאי ההפעלה.
שלב 1: חשב את עומס החום-
עומס החימום- הוא האנרגיה הנדרשת כדי להעלות את האמבטיה מהסביבה לנקודת ההגדרה בזמן הרצוי. הנוסחה היא: קילוואט=(ליטר × ΔT × Cp × צפיפות) / (3600 × שעות).
עבור אמבט חומצה כרומית בנפח 2,000-ליטר עם צפיפות של 1,150 ק"ג/מ"ר וחום סגולי של 3.75 קילו-ג'ייט/ק"ג·K, חימום מ-20 מעלות ל-55 מעלות בארבע שעות דורש כ-23 קילוואט. הוספת 20% עבור הפסדים במהלך החימום נותן 28 קילוואט.
| נפח מיכל | עליית טמפרטורה | זמן חימום- | חימום-עומס | עם מרווח הפסד של 20%. |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 מעלות | 4 שעות | 11.5 קילוואט | 14 קילוואט |
| 1,500 L | 35 מעלות | 4 שעות | 17.2 קילוואט | 21 קילוואט |
| 2,000 L | 35 מעלות | 4 שעות | 23.0 קילוואט | 28 קילוואט |
| 2,500 L | 35 מעלות | 4 שעות | 28.7 קילוואט | 34 קילוואט |
| 3,000 L | 35 מעלות | 4 שעות | 34.5 קילוואט | 41 קילוואט |
עומס חימום-לאמבטיות חומצה כרומית ב-1,150 ק"ג/מ"ר ו-3.75 קילו-ג'יי/ק"ג·K
שלב 2: חשב את עומס התחזוקה
עומס התחזוקה הוא האנרגיה הדרושה כדי להחזיק את נקודת הקבע כנגד הפסדים מתמשכים. עבור מיכל של 2,000 ליטר ב-55 מעלות, הפסדי הקיר הם 1.5–2.5 קילוואט, הפסדי פני השטח הם 0.8–1.5 קילוואט, ועומס הייצור הוא 1–3 קילוואט. עומס התחזוקה הכולל הוא 3.3-7.0 קילוואט.
יש להתאים את גודל התנור בהתאם לעומס החימום הגדול ביותר- או לעומס התחזוקה. עבור מיכל זה, עומס החימום-של 28 קילוואט גדול יותר.
שלב 3: חשב את שטח הפנים הנדרש
שטח הפנים תלוי בהספק ובצפיפות הוואט הבטוחה עבור חומצה כרומית. עבור צלחת מצופה בחומצה כרומית ב-55 מעלות, צפיפות הוואט הבטוחה היא 1.0-1.2 W/cm².
עבור חובה של 28 קילוואט ב-1.0 ואט/ס"מ, שטח הפנים הנדרש הוא 28,000 ס"מ. לוח דו-צדדי- יחיד עם טביעת רגל של 1,000 מ"מ × 1,400 מ"מ מספקת 28,000 ס"מ רבוע. אם המיכל אינו יכול להכיל את טביעת הרגל הזו, לוחות מרובים המפוזרים סביב ההיקף יכולים לספק את שטח הפנים הנדרש.
| הספק | צפיפות וואט בטוחה | שטח פנים נדרש | טביעת רגל חד צדדית{{0} | טביעת רגל דו-צדדית{{0} |
|---|---|---|---|---|
| 15 קילוואט | 1.0 W/cm² | 15,000 ס"מ רבוע | 1,000 × 1,500 מ"מ | 1,000 × 750 מ"מ |
| 20 קילוואט | 1.0 W/cm² | 20,000 ס"מ | 1,000 × 2,000 מ"מ | 1,000 × 1,000 מ"מ |
| 25 קילוואט | 1.0 W/cm² | 25,000 ס"מ | 1,250 × 2,000 מ"מ | 1,250 × 1,000 מ"מ |
| 28 קילוואט | 1.0 W/cm² | 28,000 ס"מ רבוע | 1,400 × 2,000 מ"מ | 1,400 × 1,000 מ"מ |
| 30 קילוואט | 1.0 W/cm² | 30,000 ס"מ רבוע | 1,500 × 2,000 מ"מ | 1,500 × 1,000 מ"מ |
דרישות שטח הפנים וטביעת הרגל עבור חומצה כרומית ב-1.0 W/cm²
שלב 4: ודא את עומק הטבילה והתאמת הטנק
הצלחת חייבת להתאים למיכל ולהישאר שקועה במלואה ברמת הנוזל המינימלית. למיכל של 2,000-ליטר בגודל 1,500 × 1,200 × 1,100 מ"מ יש גובה צלחת שמיש של כ-800-900 מ"מ. פלטה דו-צדדית- ברוחב של 1,400 מ"מ וגובה של 900 מ"מ מספקת 25,200 ס"מ² - קרוב לאזור הדרוש אך לא מספיק.
הפתרון המעשי הוא להשתמש בשתי צלחות או יותר המפוזרות סביב היקף הטנק. שתי לוחות, שלכל אחת מהן טביעת רגל דו-צדדית בגודל 1,400 × 500 מ"מ-, מספקות סה"כ 28,000 ס"מ. ניתן להרכיב את הלוחות על קירות מנוגדים.
שלב 5: ודא צפיפות וואט וטמפרטורת פני השטח
צפיפות הוואט מחושבת מההספק הכולל ומשטח הפנים הכולל. עבור 28 קילוואט ו-28,000 ס"מ, צפיפות הוואט היא 1.0 ואט/סמ"ר. ב-1.0 W/cm² באמבט חומצה כרומית נסער בינוני ב-55 מעלות, טמפרטורת פני השטח היא בערך 75-80 מעלות. זה בטווח הבטוח לצלחת מצופה.
אם טמפרטורת פני השטח המחושבת עולה על 85 מעלות, יש להפחית את צפיפות הוואט, ולהגדיל את שטח הפנים.
כאשר צלחות סטנדרטיות אינן יכולות לעמוד בדרישת החשמל ושטח הפנים
מיכלי חומצה כרומית גדולים עם עומסי חום- גבוהים לרוב אינם יכולים להכיל לוחות חימום סטנדרטיים בצפיפות הוואט הנמוכה שהכימיה דורשת. תצורת לוחות חימום מותאמת אישית עם לוחות מרובים, שטח פנים גדול וצפיפות וואט נמוכה מטפלת בגורם השורש לאי התאמה בין הספק ושטח פנים. תהליך המפרט דורש את נפח המיכל, כימיית האמבטיה, טמפרטורת ההפעלה, יעד-זמן החימום והספק הנדרש. עבור מתקנים עם מיכלי חומצה כרומית גדולים, גישה ספציפית ליישום-מבטיחה שהצלחת מספקת את הכוח הנדרש בטמפרטורת פני שטח בטוחה.
