דרוש מפעל גימור מתכת לגודל של מחמם טבילה חלופי מסוג PTFE עבור מיכל אילגון חומצה כרומית בנפח 2,000-ליטר. האמבטיה פעלה ב-55 מעלות, והמפעל דרש זמן חימום של ארבע שעות מ-20 מעלות. המחמם הקיים היה נמוך, והמיכל מעולם לא הגיע לנקודת קבע במהלך שיא הייצור. צוות התחזוקה היה צריך לחשב את ההספק הנכון לפני הזמנת החלפה.
שינוי גודל של מחמם טבילה PTFE עבור מיכל חומצה כרומית דורש 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 הנדרשת כדי להחזיק את נקודת ההגדרה 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 מחמם טבילה PTFE 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. מחמם יחיד ישר עם קוטר מעטה של 50 מ"מ יצטרך 17,834 מ"מ של אורך מחומם -הרבה יותר מכל מיכל רגיל. דרושה תצורת ריבוי{10}מעברים או תנורי חימום מרובים.
| הספק | צפיפות וואט בטוחה | שטח פנים נדרש | אורך מחומם ב-50 מ"מ נדן | תצורת ריבוי-מעברים |
|---|---|---|---|---|
| 15 קילוואט | 1.0 W/cm² | 15,000 ס"מ רבוע | 9,554 מ"מ | 6 מעברים × 1,592 מ"מ |
| 20 קילוואט | 1.0 W/cm² | 20,000 ס"מ | 12,739 מ"מ | 8 מעברים × 1,592 מ"מ |
| 25 קילוואט | 1.0 W/cm² | 25,000 ס"מ רבוע | 15,924 מ"מ | 10 מעברים × 1,592 מ"מ |
| 28 קילוואט | 1.0 W/cm² | 28,000 ס"מ רבוע | 17,834 מ"מ | 12 מעברים × 1,486 מ"מ |
| 30 קילוואט | 1.0 W/cm² | 30,000 ס"מ רבוע | 19,108 מ"מ | 12 מעברים × 1,592 מ"מ |
דרישות תצורת שטח פני השטח וריבוי-מעברים עבור חומצה כרומית ב-1.0 W/cm²
שלב 4: ודא את עומק הטבילה והתאמת הטנק
המחמם חייב להתאים למיכל ולהישאר שקוע במלואו ברמת הנוזל המינימלית. למיכל של 2,000-ליטר בגודל 1,500 × 1,200 × 1,100 מ"מ יש אורך מחומם שמיש של כ-800-900 מ"מ. מחמם רב-מעבר עם 12 מעברים של 1,486 מ"מ כל אחד לא יכול להיכנס למיכל בודד.
הפתרון המעשי הוא להשתמש במספר תנורי חימום המפוזרים סביב היקף המיכל. שלושה מחממים, כל אחד עם 10 קילוואט ב-1.0 ואט/סמ"ר, מספקים 30 קילוואט בסך הכל. לכל מחמם תצורת ריבוי-מעברים המתאימה לשטח הפנוי.
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 עבור PTFE.
אם טמפרטורת פני השטח המחושבת עולה על 85 מעלות, יש להפחית את צפיפות הוואט, ולהגדיל את שטח הפנים.
כאשר תנורי חימום סטנדרטיים אינם יכולים לעמוד בדרישת החשמל ושטח הפנים
מיכלי חומצה כרומית גדולים עם עומסי חום גבוהים-לעיתים אינם יכולים להכיל מחממי טבילה סטנדרטיים מסוג PTFE בצפיפות הוואט הנמוכה שהכימיה דורשת. תצורת תנור טבילה PTFE מותאמת אישית עם מספר מחממים, 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 שהמחמם מספק את הכוח הנדרש בטמפרטורת פני שטח בטוחה.
