Un rezervor chimic de 5.000 de litri poate necesita o capacitate de încălzire foarte diferită, în funcție de temperatura de pornire, temperatura țintă, timpul de încălzire și pierderea de căldură de la echipament.
Folosirea doar a volumului rezervorului pentru a selecta o placă de încălzire poate duce cu ușurință fie la o capacitate de încălzire insuficientă, fie la o putere excesivă. Abordarea mai fiabilă este de a calcula mai întâi sarcina termică necesară și apoi de a potrivi sarcina respectivă cu zona de încălzire adecvată și fluxul termic de suprafață.
Pentru rezervoarele chimice mari, balanța centrală de inginerie esterecuperare rapidă a temperaturii față de încălzire stabilă și eficientă.
Începeți cu formula de bază de încălzire
Energia necesară pentru a crește temperatura lichidului de proces poate fi estimată cu:
Q=mCpΔT
unde:
Q= a avut nevoie de energie termică
m= masă lichidă
Cp= capacitate termică specifică
ΔT= creștere de temperatură
Pentru un rezervor de 5.000 de litri care conține un lichid cu o densitate apropiată de 1 kg/L, masa lichidului este de aproximativ 5.000 kg.
Dacă temperatura trebuie să crească cu 30 de grade, energia necesară depinde foarte mult de capacitatea termică specifică reală a soluției chimice.
Lichidele-asemănătoare apei oferă o referință preliminară utilă, dar soluțiile chimice industriale ar trebui să utilizeze date de proprietate-termice reale sau verificate ori de câte ori sunt disponibile.
Timpul de încălzire determină puterea necesară
Energia singură nu determină valoarea nominală a plăcii de încălzire.
Puterea de încălzire poate fi estimată ca:
P = Q/t
undeteste timpul necesar de încălzire.
De exemplu, un rezervor mare care poate fi încălzit timp de câteva ore necesită mult mai puțină putere instalată decât același rezervor care trebuie să atingă temperatura țintă în decurs de o oră.
Pierderile de căldură trebuie incluse și:
Ptotal=Pproces + Ploss
Căldura poate fi pierdută prin pereții rezervorului, suprafața lichidului, conducte, suporturi și aerul din jur.
Izolarea slabă poate crește astfel substanțial capacitatea necesară a plăcii de încălzire.
Un exemplu de calcul simplificat
Să presupunem o soluție asemănătoare apei de 5.000-litri cu:
Masa: 5.000 kg
Căldura specifică: aproximativ 4,18 kJ/kg· grad
Cresterea temperaturii: 30 de grade
Timp de încălzire: 2 ore
Necesarul teoretic de energie este:
Q=5,000 × 4,18 × 30=627,000 kJ
Conversia în kilowați-oră oferă aproximativ:
174 kWh
Peste două ore, puterea teoretică de încălzire este de aproximativ:
87 kW
Aceasta este doar cerința de proces-încălzire lichidă. Puterea reală instalată trebuie să compenseze, de asemenea, pierderile de căldură și ineficiența sistemului.
Prin urmare, un proiect practic poate necesita o capacitate suplimentară peste această valoare teoretică.
Pierderea de căldură nu trebuie tratată ca un procent fix
Aplicarea unui factor de eficiență arbitrar la fiecare rezervor chimic poate produce rezultate slabe de dimensionare.
Pierderea de căldură depinde de condițiile reale, inclusiv de:
Materialul peretelui rezervorului
Grosimea izolației
Temperatura mediului ambiant
Suprafața lichidă
Stare copertă
Conexiuni de conducte
Sistem de circulație
Temperatura de functionare
Un rezervor acoperit și izolat poate avea pierderi de căldură relativ scăzute, în timp ce un rezervor deschis care funcționează într-o zonă de producție rece poate pierde substanțial mai multă căldură.
Pentru o selecție precisă a plăcilor de încălzire, aceste condiții trebuie evaluate individual.
Zona plăcii de încălzire contează după ce se cunoaște puterea
Odată ce capacitatea de încălzire necesară a fost estimată, zona de încălzire devine următorul parametru important.
Fluxul de căldură la suprafață este:
q″ = Q/A
O suprafață mare a plăcii de încălzire permite ca puterea necesară să fie distribuită pe o suprafață mai mare.
Acest lucru poate reduce temperatura locală a suprafeței și poate îmbunătăți uniformitatea temperaturii, mai ales atunci când soluția chimică are circulație limitată.
| Etapa de calcul | Variabila principală | Scop de inginerie |
|---|---|---|
| 1 | Masa lichida | Stabiliți sarcina termică |
| 2 | Căldura specifică | Determinați energia pe grad |
| 3 | Creșterea temperaturii | Definiți aportul de căldură necesar |
| 4 | Timp de încălzire | Transformă energia în putere |
| 5 | Pierderi de căldură | Capacitate totală corectă |
| 6 | Zona de incalzire | Controlează fluxul de căldură de suprafață |
| 7 | Circulaţie | Verificați transferul practic de căldură |
Prin urmare, calculul ar trebui să continue dincolo de valoarea finală a kilowaților.
Proprietățile chimice pot schimba rezultatul
Un rezervor chimic de 5.000 de litri nu este neapărat echivalent cu 5.000 de litri de apă.
Concentrația chimică poate afecta densitatea și căldura specifică. Vâscozitatea poate influența, de asemenea, circulația și transferul de căldură.
De exemplu, o soluție chimică concentrată poate necesita un control atent al fluxului de căldură-, deoarece convecția slabă poate crea o diferență semnificativă de temperatură în apropierea plăcii de încălzire.
A Placă de încălzire PTFEpoate fi luată în considerare atunci când rezistența la coroziune este o cerință majoră. Deoarece PTFE are o conductivitate termică relativ scăzută în comparație cu metalele, zona de încălzire și distribuția internă a căldurii ar trebui incluse în proiectarea termică.
Supradimensionarea poate crea o problemă diferită
Instalarea unei puteri semnificativ mai mari decât cea calculată poate părea că oferă o marjă de siguranță suplimentară.
Cu toate acestea, capacitatea excesivă poate provoca:
Flux de căldură la suprafață mai mare
Depășirea temperaturii
Cicluri scurte de control
Stres termic mai mare
Creșterea consumului de energie în timpul funcționării normale
Pentru un rezervor mare de 5.000 de litri, mai multe zone de încălzire pot oferi o soluție mai bună. Capacitatea mare poate fi utilizată în timpul pornirii la rece, în timp ce mai puține zone mențin temperatura în timpul producției stabile.
Acest lucru oferă un control mai mare fără a forța întregul sistem de încălzire să funcționeze continuu la putere maximă.
Calculul ar trebui să se potrivească cu condițiile de producție
O specificație finală a plăcii de încălzire ar trebui să ia în considerare cel puțin:
Volum nominal de 5.000 de litri + volum minim de funcționare + temperatura de pornire + temperatura țintă + timpul necesar de încălzire + proprietăți chimice reale + pierderi de căldură + stare de circulație.
Acest lucru împiedică proiectarea să se bazeze numai pe dimensiunea rezervorului.
Pentru un rezervor chimic de 5.000-litri, puterea corectă a plăcii de încălzire nu este, prin urmare, un număr universal. Este rezultatul unui calcul de sarcină termică urmat de verificarea zonei de încălzire, a fluxului de căldură la suprafață, a circulației și a cerințelor de control al temperaturii.
Pentru proiecte de plăci de încălzire personalizate sau de înlocuire, furnizarea de concentrație reală a băii, interval de temperatură, țintă de timp de încălzire, stare de izolație, rata de circulație și dimensiuni de instalare disponibile, permite ca configurația finală a puterii și a zonei de încălzire-să fie mult mai apropiată de condițiile reale de producție.
