קישור הטמפרטורה-צפיפות הנוכחית
מפרטי צפיפות זרם אלקטרוניקה מניחים טמפרטורת אמבטיה מסוימת. קינטיקה של התגובה האלקטרוכימית, מוליכות התמיסה ושיעורי הדיפוזיה תלויים כולם בטמפרטורה. אמבטיה בצלחות של 55 מעלות שונה מאותה אמבטיה ב-50 מעלות, אפילו עם הגדרות מיישר זהות.
כאשר תפוקת הייצור עולה, המיישר מספק יותר זרם. יותר זרם פירושו יותר חימום אוהם בתמיסה. טמפרטורת האמבט עולה אלא אם מערכת הקירור מסירה את החום הנוסף. לעומת זאת, במהלך-תקופות ייצור נמוכות, זרם מופחת פירושו פחות -חימום עצמי. מחליף החום PTFE חייב להוסיף יותר חום כדי לשמור על הטמפרטורה.
מערכת החימום והמיישר מחוברים באמצעות טמפרטורת האמבטיה. גודל לא תואם מייצר סחף טמפרטורה שמשנה את תכונות ההפקדה. המהנדס שמתאים גודל של מחליף חום PTFE חייב להבין את מאזן החום המלא, כולל תרומת המיישר.
משוואת מאזן החום
מאזן החום של מיכל ציפוי כולל מספר כניסות והפסדים. המיישר מספק חימום התנגדות: כ-70-85% מהכוח החשמלי המועבר לאמבטיה הופך לחום. מיישר 10,000 אמפר הפועל ב-8 וולט מספק הספק חשמלי של 80 קילוואט, מתוכם כ-60-68 קילוואט הופך לחום.
תשומות חום נוספות כוללות עבודת משאבה (מינורית, בדרך כלל 1-3 קילוואט), חום תגובה כימית (אקזותרמית או אנדותרמית, לרוב זניחה), וכניסת קיטור מחליף חום PTFE.
הפסדי חום כוללים אידוי ממשטח האמבט (משמעותי, 5-15 קילוואט עבור מיכלים פתוחים גדולים), קרינה והסעה מקירות המיכל, אוורור פליטה שנושא אוויר מחומם וחלקי עבודה קרים הנכנסים לאמבטיה.
מחליף החום PTFE חייב לספק את ההפרש בין הפסדי החום הכוללים לבין הסכום של כל יתר רווחי החום. כאשר המיישר נמצא בעומס מלא, הוא מספק את רוב החום הדרוש. ייתכן שהמחלף יצטרך לספק רק איפור עבור הפסדי אידוי. במצב סרק ללא עומס מיישר, המחליף חייב לספק את כל הפסדי החום כדי לשמור על הטמפרטורה.
טבלה 1: מאזן חום למיכל ציפוי ניקל של 8,000 ליטר בעומסי מיישרים משתנים
| מצב תפעול | כניסת חום למיישר (kW) | אובדן אידוי (kW) | אובדן קיר/אוורור (kW) | קלט מחמם PTFE נדרש (kW) |
|---|---|---|---|---|
| ייצור מלא (8,000 A) | 55 | 12 | 15 | 0 (חום עודף הוסר על ידי קירור) |
| חצי ייצור (4,000 A) | 27 | 10 | 13 | 0 (כמעט איזון) |
| סרק (0 A, שמירה על 55 מעלות) | 0 | 5 | 12 | 17 |
| הפעלה קרה (20 מעלות עד 55 מעלות) | 0 | 0 | 3 | 75 (חובת חימום-) |
מאזן חום לאמבט ניקל טיפוסי של וואט. זרימת מים מקוררים מטפלת בחום עודף בייצור מלא. מחמם PTFE בגודל עבור הפעלה.
גודל מחליף החום PTFE עבור עומס משתנה
מחליף החום PTFE חייב לספק את דרישת החימום הגדולה ביותר במחזור הפעולה. עבור רוב קווי הציפוי, זהו מצב האתחול הקר: חימום כל נפח האמבטיה מטמפרטורת הסביבה לטמפרטורת הפעולה תוך זמן מוגדר.
חובת האתחול מתגמדת מול חובת הסרק-יציבה. הדוגמה של מיכל ה-8,000 ליטר דורשת 75 קילוואט להפעלה אך רק 17 קילוואט לתחזוקה סרק. מחליף PTFE בגודל הפעלה של 75 קילוואט הוא יותר ממתאים לכל שאר התנאים. במהלך ייצור מלא, המחליף עשוי להיות מבודד או מווסן לאפס זרימת קיטור בעוד הקירור מסיר עודף חום מיישר.
מערכת הבקרה מנהלת את המעבר. בקר טמפרטורה מזהה את טמפרטורת האמבט ומוסנן את שסתום הקיטור למחליף PTFE. כאשר חום המיישר מעלה את טמפרטורת האמבט מעל נקודת ההגדרה, שסתום הקיטור נסגר. אם הטמפרטורה ממשיכה לעלות, מערכת הקירור מופעלת. בקרת מפל זו שומרת על טמפרטורה בטווח של ±1 מעלות בכל קצבי הייצור.
יכולת הסבה
מחליפי חום PTFE סובלים יחסי ירידה רחבים ללא בעיות ביצועים. בניגוד למחליפים מתכתיים שעלולים לחוות קורוזיה הקשורה לעיבוי בזרימות קיטור נמוכות, PTFE אינו מושפע מבחינה כימית מהקונדנסט. שסתום הקיטור יכול לווסת מאפס לזרימה מלאה לפי הצורך.
עבור יישומים עם דרישות השבתה קיצוניות, תצורת סליל- מפוצלת מספקת שליטה עדינה יותר. שני מעגלי סליל PTFE עצמאיים חולקים את המיכל. הבקר מפעיל מעגל אחד לעומס בסיס, ומביא את המעגל השני למצב מקוון במהלך הפעלה או תקופות-ביקוש גבוה. סידור זה משפר את דיוק בקרת הטמפרטורה בכניסות חום נמוכות.
תַקצִיר
קיבולת מחליף חום PTFE חייבת להתאים לכל מגוון תנאי ההפעלה של המיישר. מצב הגודל השולט הוא בדרך כלל הפעלה קרה, לא פעולה-יציבה. חישובי מאזן חום כולל קלט מיישר, אידוי והפסדי קיר קובעים את חובת המחליף הנדרשת.
מחליף PTFE מספק חום נוסף בתקופות סרק ותקופות ייצור-נמוכות. בייצור מלא, חום מיישר עודף עשוי לדרוש קירור. מערכת הבקרה משדרת חימום וקירור כדי לשמור על הטמפרטורה בכל קצבי הייצור.
ניתוח הנדסי עבור גודל מחליף חום PTFE עם שילוב חום מיישר זמין עם הגשת נפח המיכל, טמפרטורת ההפעלה, טווח תפוקת המיישר, לוח זמנים לייצור, דרישת זמן האתחול ופרטי מערכת החימום או הקירור הקיימת.
