În procesarea chimică, o placă de încălzire poate atinge temperatura nominală, în timp ce soluția de proces rămâne dificil de încălzit uniform. Această situație devine mai vizibilă atunci când lichidul are vâscozitate ridicată, deoarece căldura nu se mișcă prin rezervor la fel de ușor ca într-o soluție cu-vâscozitate scăzută.
Rezultatul poate fi încălzirea lentă, stratificarea temperaturii și o regiune caldă direct deasupra plăcii de încălzire.
Pentru soluțiile chimice cu-vâscozitate ridicată, încălzirea stabilă depinde de relația dintreputerea plăcii de încălzire, suprafața, mișcarea lichidului, vâscozitatea și diferența de temperatură.
De ce vâscozitatea modifică comportamentul la încălzire
Când vâscozitatea lichidului crește, convecția naturală devine mai slabă, deoarece lichidul are o rezistență mai mare la mișcare.
O placă de încălzire transferă energie către suprafața lichidului din apropierea plăcii. Într-o soluție cu-vâscozitate scăzută, lichidul încălzit se poate ridica și se poate amesteca relativ ușor. Într-o soluție vâscoasă, stratul încălzit poate rămâne lângă placă mai mult timp.
Acest lucru creează un strat limită termic care limitează distribuția căldurii.
Prin urmare, placa de încălzire poate prezenta o funcționare electrică normală, în timp ce partea superioară a rezervorului rămâne semnificativ mai rece.
Creșterea puterii electrice poate accelera încălzirea locală, dar nu rezolvă neapărat problema circulației.
Suprafața poate fi mai importantă decât o putere mai mare
Fluxul de căldură la suprafața plăcii de încălzire este exprimat ca:
q'' = Q / A
undeQeste puterea de încălzire șiAeste o zonă de încălzire eficientă.
Pentru aceeași sarcină termică, creșterea zonei active reduce fluxul mediu de căldură.
Acest lucru poate fi util pentru lichidele vâscoase, deoarece o suprafață de încălzire mai mare distribuie aportul termic pe o suprafață mai mare. Temperatura locală a lichidului poate rămâne mai ușor de controlat în comparație cu o placă de încălzire mică,-de mare putere.
O placă compactă poate fi totuși adecvată atunci când spațiul rezervorului este limitat, dar densitatea sa de putere și cerințele de circulație necesită o evaluare mai atentă.
Circulația determină uniformitatea temperaturii
Soluțiile cu-vâscozitate ridicată necesită adesea circulație deliberată, mai degrabă decât să se bazeze în întregime pe convecția naturală.
Debitul pompei trebuie evaluat împreună cu proprietățile lichidului și geometria rezervorului. Un debit nominal al pompei nu garantează o mișcare uniformă în jurul plăcii de încălzire.
Zonele moarte pot apărea în apropierea pereților rezervorului, colțurilor, elementelor de fixare interioare sau fundului rezervoarelor adânci.
Placa de încălzire trebuie poziționată acolo unde mișcarea lichidului poate elimina eficient căldura de pe suprafața activă.
| Stare lichidă | Comportamentul de circulație | Răspuns la încălzire | Prioritate de proiectare |
|---|---|---|---|
| Vâscozitate scăzută | Mișcare ușoară a lichidului | Egalizare rapidă a temperaturii | Tiraj standard |
| Vâscozitate moderată | Convecție redusă | Gradient termic ușor | Flux adecvat |
| Viscozitate mare | Circulație naturală slabă | Zona caldă locală | Circulație forțată |
| Viscozitate mare + debit redus | Distribuție foarte limitată a căldurii | Stratificare puternică a temperaturii | Reduceți fluxul de căldură și îmbunătățiți fluxul |
| Viscozitate mare + depuneri | Circulație restrânsă | Creștere rapidă a rezistenței termice | Controlul murdăriei |
Aceste condiții arată de ce vâscozitatea ar trebui inclusă în selecția plăcii de încălzire, mai degrabă decât tratată ca un detaliu secundar al procesului.
Schimbările de temperatură afectează și vâscozitatea
O caracteristică importantă a multor soluții chimice este că vâscozitatea scade pe măsură ce temperatura crește.
Acest lucru creează un proces de încălzire dinamic.
La pornire, o soluție rece poate avea vâscozitate relativ mare și circulație slabă. Pe măsură ce placa de încălzire crește temperatura, soluția poate deveni mai ușor de circulat, îmbunătățind distribuția căldurii.
Aceasta înseamnă că condițiile de pornire pot fi mai solicitante decât funcționarea-în stare constantă.
Prin urmare, o placă de încălzire dimensionată numai pentru condiția finală de funcționare poate produce o încălzire-neașteptat de lentă sau o temperatură locală excesivă în timpul pornirii.
Construcția din PTFE necesită echilibru termic
Plăcile de încălzire din PTFE pot fi utile pentru soluții chimice corozive, deoarece PTFE oferă o rezistență chimică puternică.
Cu toate acestea, PTFE are o conductivitate termică mai mică decât multe materiale metalice. Prin urmare, stratul de protecție contribuie la rezistența termică dintre elementul de încălzire și lichidul de proces.
Pentru soluțiile chimice vâscoase, acest lucru face ca zona de încălzire și densitatea de putere să fie deosebit de importante.
Un design cu o suprafață suficientă și un flux de căldură controlat poate ajuta la menținerea unor condiții stabile de suprafață, în timp ce concentrația excesivă de putere poate crește diferența de temperatură dintre suprafața de încălzire și lichidul din jur.
Compatibilitatea chimică trebuie verificată și la temperatura și concentrația reală de funcționare.
Cum se poate obține o încălzire stabilă?
Mai multe măsuri de proiectare și operare pot îmbunătăți stabilitatea temperaturii:
Folosiți o suprafață de încălzire suficientă.
Evitați fluxul de căldură de suprafață inutil de mare.
Asigurați circulație lângă placa de încălzire.
Luați în considerare vâscozitatea la temperatura de pornire.
Poziționați senzorii de temperatură departe de zonele fierbinți localizate.
Menține un nivel constant al lichidului.
Monitorizați concentrația chimică și murdăria.
Permiteți accesul adecvat pentru întreținere.
Pentru rezervoarele mari sau foarte vâscoase, mai multe zone de încălzire pot oferi un control mai bun decât o singură sursă de încălzire concentrată.
Controlul independent al diferitelor zone poate reduce, de asemenea, încălzirea inutilă în zonele în care lichidul este deja aproape de temperatura țintă.
Sarcina termică încă trebuie calculată
Selectarea plăcii de încălzire ar trebui să înceapă cu cerințele termice reale.
Un calcul simplificat-de sarcină continuă este:
Q=ṁCpΔT + Qloss
undeṁeste debitul lichidului,Cpeste căldură specifică,ΔTeste creșterea necesară a temperaturii șiQlossreprezintă pierderi de căldură.
Valoarea calculată trebuie apoi evaluată în funcție de vâscozitate, circulație, zona de încălzire și fluxul de căldură admisibil.
Acest lucru previne o greșeală comună: selectarea unei plăci de încălzire-de mare putere pentru a compensa mișcarea slabă a lichidului.
O strategie de selecție mai fiabilă
O placă de încălzire poate menține o temperatură stabilă în soluții chimice cu-vâscozitate ridicată atunci când condițiile termice și hidraulice sunt potrivite corect.
Echilibrul critic este întreputerea termică și distribuția căldurii. O putere mai mare este utilă pentru satisfacerea cererii termice, dar densitatea excesivă de putere poate intensifica diferențele locale de temperatură atunci când circulația este slabă.
Pentru rezervoarele chimice industriale, vâscozitatea atât la temperatura de pornire, cât și la temperatura de funcționare, viteza de circulație, geometria rezervorului, concentrația chimică, timpul necesar de încălzire și suprafața plăcii de încălzire trebuie definite înainte de selecția finală.
Această abordare oferă o bază mai fiabilă pentru alegerea puterii plăcii de încălzire, a dimensiunilor, a construcției din PTFE și a zonelor de control pentru o funcționare stabilă{0}}pe termen lung.
