Bể xử lý sâu tạo ra vấn đề nhiệt khác với bể hóa chất nông. Lớp chất lỏng phía trên có thể đạt đến nhiệt độ mục tiêu trong khi vùng dưới vẫn mát hơn, đặc biệt khi lưu thông yếu hoặc vùng sưởi ấm tập trung gần một vị trí.
A Lò sưởi ngâm PTFEdo đó được lắp đặt trong bể sâu cần được coi là một phần của toàn bộ hệ thống tuần hoàn nhiệt. Chiều dài bộ sưởi, độ sâu lắp đặt, mức phân bổ điện năng, chuyển động của chất lỏng và vị trí-cảm biến nhiệt độ đều ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt độ.
Tại sao bể sâu lại có sự chênh lệch nhiệt độ
Khi lò sưởi làm tăng nhiệt độ của chất lỏng gần đó, sự đối lưu tự nhiên có thể đẩy chất lỏng ấm hơn lên trên trong khi chất lỏng mát hơn di chuyển xuống dưới.
Cơ chế này có thể cung cấp sự tuần hoàn hữu ích, nhưng hiệu quả của nó phụ thuộc vào mật độ chất lỏng, độ nhớt, chênh lệch nhiệt độ, hình dạng bể và vị trí bộ sưởi.
Trong bể sâu có sự tuần hoàn hạn chế, khoảng cách thẳng đứng có thể trở nên đủ lớn để duy trì sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa vùng trên và vùng dưới.
Do đó, cảm biến nhiệt độ được đặt gần bề mặt có thể chỉ ra nhiệt độ mục tiêu trong khi vùng xử lý phía dưới vẫn ở dưới mức thông số kỹ thuật.
Chiều dài lò sưởi quyết định vùng sưởi ấm
Một lò sưởi ngắn tập trung nhiệt đầu vào vào một vùng.
Dài hơnLò sưởi ngâm PTFEcó thể phân phối nhiệt trên một khoảng cách thẳng đứng lớn hơn, miễn là phần gia nhiệt đang hoạt động vẫn được ngâm đúng cách.
Mục tiêu không chỉ đơn giản là làm cho máy sưởi hoạt động lâu hơn. Khu vực sưởi ấm hoạt động phải tương ứng với phần bể cần kiểm soát nhiệt.
Ví dụ, một bể sâu chứa tải xử lý xuyên suốt phần lớn chiều cao của nó có thể được hưởng lợi từ vùng gia nhiệt được phân bổ dài hơn. Bể chỉ có phần dưới chứa chất lỏng đang hoạt động có thể yêu cầu cách bố trí khác.
Vấn đề phân phối điện
Thông lượng nhiệt trung bình trên bề mặt gia nhiệt có thể được ước tính bằng cách sử dụng:
q = P/A
Ở đâuPlà năng lượng sưởi ấm bằng điện vàAlà khu vực sưởi ấm hoạt động.
Hãy xem xét yêu cầu minh họa 12 kW:
| Cấu hình | Quyền lực | Khu vực sưởi ấm hoạt động | Thông lượng nhiệt trung bình |
|---|---|---|---|
| Vùng tập trung ngắn | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m2 |
| Vùng phân bố dài hơn | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m2 |
| Hai vùng phân bố | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m2 |
Các số liệu chỉ mang tính minh họa và không đại diện cho các giới hạn vận hành chung.
Tăng diện tích hoạt động có thể phân phối tổng công suất tương tự trên một bề mặt lớn hơn. Việc điều này có tạo ra hiệu suất tốt hơn hay không phụ thuộc vào sự tuần hoàn chất lỏng và hình dạng thực tế của bể.
Sự lưu thông quyết định liệu nhiệt có đến được bể chứa phía trên hay không
Bể sâu đòi hỏi một cơ chế hiệu quả để di chuyển nhiệt qua khối lượng quy trình.
Đối lưu tự nhiên có thể phù hợp với một số dung dịch-có độ nhớt thấp, nhưng sự tuần hoàn cơ học có thể mang lại khả năng trộn dễ dự đoán hơn.
Vị trí xả của máy bơm rất quan trọng. Hệ thống tuần hoàn di chuyển chất lỏng theo chiều ngang có thể không loại bỏ được sự chênh lệch nhiệt độ theo chiều dọc nếu vùng gia nhiệt được đặt ở phía dưới.
Do đó, sự kết hợp giữa vị trí lò sưởi và hướng dòng chảy cần được đánh giá trong quá trình thiết kế thiết bị.
Vị trí cảm biến nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của bộ điều khiển
Một cảm biến duy nhất hiếm khi đại diện cho mọi điểm trong bể xử lý sâu.
Hãy xem xét một ví dụ đơn giản:
Vùng sưởi ấm dưới: 68 độ
Bể giữa: 62 độ
Bể trên: 58 độ
Điểm đặt của bộ điều khiển: 60 độ
Nếu cảm biến được đặt ở khu vực phía trên, máy sưởi có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi khu vực phía dưới nóng hơn đáng kể.
Nếu cảm biến được đặt gần lò sưởi, bộ điều khiển có thể tắt hệ thống sưởi trước khi bể trên đạt đến nhiệt độ yêu cầu.
Lập bản đồ nhiệt độ trong quá trình vận hành có thể xác định vị trí đo tiêu biểu nhất.
Mức chất lỏng tối thiểu phải được xác định
Bể sâu có thể trải qua những thay đổi mức độ đáng kể trong quá trình nạp, xả nước, bay hơi và bổ sung hóa chất.
Vùng gia nhiệt hoạt động phải duy trì trong phạm vi ngâm dự định trong điều kiện hoạt động bình thường.
Một thiết kế thực tế nên thiết lập:
Mức chất lỏng tối đa → mức hoạt động bình thường → mức chất lỏng tối thiểu
Mức tối thiểu phải tương thích với bộ phận sưởi ấm đang hoạt động và hệ thống bảo vệ.
Việc phát hiện mức và bảo vệ quá nhiệt độc lập có thể cung cấp các biện pháp bảo vệ bổ sung khi điều kiện quy trình đảm bảo cho chúng.
Ước tính thời gian làm nóng cho bể sâu
Giả sử một bể xử lý sâu chứa 1.200 kg dung dịch. Sử dụng nhiệt dung riêng minh họa là 3,6 kJ/(kg·K), mức tăng nhiệt độ yêu cầu là 25 độ.
Năng lượng sưởi ấm hợp lý là:
Q=mcΔT
Q=1,200 × 3,6 × 25=108,000 kJ
Điều này tương đương với khoảng 30 kWh.
Với máy sưởi 15 kW, thời gian sưởi ấm-hợp lý lý tưởng sẽ là:
30 ÷ 15=2 giờ
Thời gian gia nhiệt thực tế sẽ lâu hơn do tổn thất-thành bể, bay hơi bề mặt, đường ống, tải phôi và các tổn thất nhiệt khác.
Việc tính toán giúp xác định xem công suất bộ sưởi cần thiết có phù hợp với thời gian khởi động hoặc phục hồi mong muốn hay không.
Nhiều vùng sưởi ấm có thể cải thiện khả năng kiểm soát
Đối với các bể rất sâu, một số thiết bị được điều khiển độc lậpLò sưởi ngâm PTFEcác khu vực có thể mang lại sự linh hoạt cao hơn so với một khu vực sưởi ấm liên tục.
Các vùng riêng biệt có thể giúp điều chỉnh nhiệt lượng đầu vào phù hợp với các vùng bể khác nhau hoặc bù đắp lượng nhiệt thất thoát không đồng đều.
Tuy nhiên, nhiều vùng cũng yêu cầu kiểm soát điện và giám sát nhiệt độ nhiều hơn. Độ phức tạp bổ sung phải được chứng minh bằng đặc tính nhiệt của quá trình.
Dữ liệu lựa chọn cho bể xử lý sâu
Một đặc điểm kỹ thuật đầy đủ nên bao gồm:
Độ sâu và đường kính bể
Mức chất lỏng bình thường và tối thiểu
Công suất sưởi cần thiết
Nhiệt độ mục tiêu và sự thay đổi cho phép
Nồng độ hóa học
Độ nhớt chất lỏng
Phương pháp tuần hoàn
Chiều dài hoạt động nóng
Vị trí lắp đặt máy sưởi
vị trí cảm biến nhiệt độ-
Cung cấp điện
Chu kỳ hoạt động
Do đó, việc duy trì nhiệt độ trong bể sâu không chỉ đơn giản là vấn đề tăng công suất lò sưởi. Một sự phù hợpLò sưởi ngâm PTFEphải đặt bề mặt gia nhiệt ở nơi nhiệt có thể được truyền hiệu quả vào chất lỏng xử lý trong khi vẫn duy trì sự tuần hoàn đầy đủ và độ sâu ngâm an toàn.
Đối với các bể sâu, hẹp hoặc nhiệt độ không-đồng nhất, chiều dài bộ sưởi tùy chỉnh và cách sắp xếp nhiều vùng-có thể được phát triển xung quanh mức chất lỏng thực tế, mô hình tuần hoàn, tải nhiệt và không gian lắp đặt sẵn có.
