Các giải pháp hóa học có độ nhớt cao-tạo ra vấn đề về nhiệt khác với các bể tắm có độ nhớt-thấp. Bộ gia nhiệt có thể đạt công suất điện cần thiết, tuy nhiên bình vẫn có thể phục hồi nhiệt độ chậm hoặc chênh lệch nhiệt độ mạnh giữa khu vực bộ gia nhiệt và phần còn lại của chất lỏng.
Đối với mộtLò sưởi ngâm PTFE, độ nhớt ảnh hưởng đến hiệu quả di chuyển nhiệt ra khỏi bề mặt gia nhiệt. Do đó, công suất bộ sưởi, diện tích bề mặt hoạt động, sự tuần hoàn, vị trí lắp đặt và hình dạng bể cần phải được xem xét cùng nhau.
Tại sao độ nhớt thay đổi hiệu suất sưởi ấm
Khi chất lỏng trở nên nhớt hơn, khả năng chống chảy của nó tăng lên. Đối lưu tự nhiên có thể trở nên yếu hơn, trong khi sự tuần hoàn từ máy bơm hoặc máy khuấy cũng có thể trở nên kém hiệu quả hơn.
Truyền nhiệt từ lò sưởi ngâm có thể được đơn giản hóa như sau:
Q=hAΔT
Ở đâuQđược truyền nhiệt,hlà hệ số truyền nhiệt-hiệu quả,Alà khu vực sưởi ấm hoạt động, vàΔTlà chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt gia nhiệt và chất lỏng xung quanh.
Khi chuyển động của chất lỏng xung quanh lò sưởi bị hạn chế,hcó thể giảm. Khi đó có thể cần nhiều chênh lệch nhiệt độ hơn để truyền cùng một lượng nhiệt.
Độ nhớt cao có thể tạo ra một lớp nóng xung quanh lò sưởi
Dung dịch có độ nhớt cao có thể di chuyển chậm ra khỏi bề mặt bộ gia nhiệt.
Do đó, chất lỏng ngay xung quanh lò sưởi có thể trở nên ấm hơn đáng kể so với dung dịch khối.
Điều này tạo ra hai vấn đề.
Đầu tiên là nhiệt độ không-đồng đều. Thứ hai là tăng tải nhiệt ở bề mặt lò sưởi.
Cảm biến bể được đặt xa lò sưởi có thể tiếp tục hiển thị nhiệt độ dưới mức mục tiêu mặc dù chất lỏng ngay xung quanh bề mặt gia nhiệt đã nóng hơn nhiều.
Chỉ cần tăng công suất máy sưởi có thể khiến tình trạng này trở nên nghiêm trọng hơn.
Diện tích bề mặt sưởi ấm trở nên quan trọng hơn
Thông lượng nhiệt bề mặt gia nhiệt trung bình có thể được ước tính bằng:
q = P/A
Ở đâuPlà năng lượng điện vàAlà khu vực sưởi ấm hoạt động.
Hãy xem xét yêu cầu sưởi ấm 10 kW minh họa:
| Cấu hình | Quyền lực | Khu vực sưởi ấm hoạt động | Thông lượng nhiệt trung bình |
|---|---|---|---|
| Máy sưởi nhỏ gọn | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m2 |
| Máy sưởi khu vực-trung bình | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m2 |
| Máy sưởi phân phối | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m2 |
Những số liệu này là những tính toán minh họa, không phải là giá trị vận hành phổ biến cho phép của PTFE.
Tăng diện tích hoạt động có thể phân phối cùng một lượng điện năng trên một bề mặt lớn hơn. Liệu điều này có cải thiện hiệu suất quy trình thực tế hay không phụ thuộc vào sự tuần hoàn, tính chất hóa học, hình dạng bộ gia nhiệt và kích thước bể.
Thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến độ nhớt
Nhiều chất lỏng hóa học trở nên ít nhớt hơn khi nhiệt độ tăng.
Điều này tạo ra động lực quan trọng trong quá trình khởi động.
Khi bắt đầu đun nóng, dung dịch có thể tương đối nhớt và sự lưu thông có thể kém. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt có thể giảm và chuyển động của chất lỏng có thể được cải thiện.
Do đó, hệ thống sưởi có thể hoạt động khác nhau trong quá trình khởi động và hoạt động ở trạng thái ổn định{0}}.
Bộ sưởi chỉ có kích thước ở trạng thái ổn định{0}}có thể cung cấp hiệu suất khởi động không đủ nếu độ nhớt ban đầu cao hơn đáng kể.
Nhu cầu tuần hoàn cơ học để phù hợp với chất lỏng
Đối với các giải pháp có độ nhớt cao, có thể cần phải tuần hoàn cơ học để truyền nhiệt qua bể.
Tuy nhiên, chỉ riêng công suất bơm danh nghĩa không đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả.
Đường dẫn dòng chảy phải đến vùng gia nhiệt và vận chuyển chất lỏng được làm nóng tới các phần lạnh hơn của bể.
Một hệ thống tuần hoàn bỏ qua bộ gia nhiệt có thể có tốc độ dòng chảy tổng thể cao trong khi vẫn tạo ra sự truyền nhiệt cục bộ yếu.
Do đó, vị trí của máy khuấy, đầu vào của máy bơm, vị trí xả, đường ống bên trong và vị trí đặt bộ gia nhiệt phải được đánh giá là một hệ thống hoàn chỉnh.
Vị trí sưởi ấm có thể làm giảm các vùng trì trệ
Lò sưởi được lắp đặt ở một góc hoặc gần thành bể có thể khiến chất lỏng trao đổi chất yếu.
Đối với các dung dịch nhớt, vấn đề này có thể rõ ràng hơn.
Lý tưởng nhất là bề mặt gia nhiệt đang hoạt động phải được bố trí ở nơi lưu thông đến lò sưởi từ nhiều hướng hoặc nơi dòng quy trình được cố ý hướng qua vùng gia nhiệt.
Khoảng trống từ đáy và thành bể cũng phải tính đến cặn lắng, cặn lắng và khả năng tiếp cận bảo trì.
Thời gian gia nhiệt có thể được ước tính từ các đặc tính của chất lỏng
Giả sử một bể minh họa chứa 600 kg dung dịch hóa chất có độ nhớt cao-với nhiệt dung riêng là 2,8 kJ/(kg·K). Mức tăng nhiệt độ yêu cầu là 40 độ.
Năng lượng sưởi ấm hợp lý là:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Điều này tương đương với khoảng 18,7 kWh.
Với máy sưởi 12 kW, thời gian làm nóng-hợp lý lý tưởng sẽ là khoảng:
18,7 ÷ 12=1.56 giờ
Thời gian gia nhiệt thực tế sẽ lâu hơn do tổn thất nhiệt trong bể, đường ống, bay hơi, tải phôi và các hiệu ứng nhiệt khác.
Ví dụ này cũng cho thấy tại sao việc lựa chọn máy sưởi nên sử dụng nhiệt dung riêng thực tế của dung dịch hóa học thay vì giả định các đặc tính của nước.
Công suất phải phù hợp với điều kiện truyền nhiệt thực tế{0}}
Đối với bồn tắm có-độ nhớt cao, việc chọn máy sưởi có công suất quá cao có thể tạo ra môi trường nhiệt khó khăn.
Một cách tiếp cận tốt hơn là cân bằng:
Tốc độ gia nhiệt yêu cầu
Khu vực sưởi ấm hoạt động
Thông lượng nhiệt trung bình
Công suất tuần hoàn
Độ nhớt của bồn tắm
Nhiệt độ hoạt động
Hình học bể
Yêu cầu về độ đồng đều nhiệt độ
Mục tiêu không chỉ đơn giản là công suất sưởi tối đa. Mục tiêu hữu ích là truyền nhiệt đủ mà không tập trung nhiệt cục bộ quá mức.
Thông tin gì nên được bao gồm trong mua sắm?
Ứng dụng hóa chất có độ nhớt cao- sẽ cung cấp:
Thành phần hóa học
Độ nhớt ở nhiệt độ khởi động
Độ nhớt ở nhiệt độ hoạt động
Nhiệt dung riêng
Tỉ trọng
Nhiệt độ mục tiêu
Thời gian gia nhiệt cần thiết
Kích thước bể
Phương pháp tuần hoàn
Mức chất lỏng tối thiểu
Công suất sưởi cần thiết
Nguồn điện sẵn có
Thông tin này cho phép mộtLò sưởi ngâm PTFEđược thiết kế xoay quanh hoạt động thực tế của chất lỏng thay vì giả định đơn giản hóa dựa trên nước.
Đối với các giải pháp đặc biệt nhớt, lưu thông hạn chế, bể chứa sâu hoặc tải sưởi ấm lớn, diện tích bề mặt sưởi ấm tùy chỉnh và hình dạng lò sưởi có thể mang lại sự phân phối nhiệt tốt hơn. Cấu hình cuối cùng phải cân bằng dòng nhiệt, sự tuần hoàn, độ sâu ngâm và nhiệt độ xử lý để đạt được mức gia nhiệt ổn định trong toàn bộ bể chứa hóa chất.
