Một nhà máy hóa chất đã thay thế lò sưởi ngâm PTFE trong bể mạ sau chín tháng sử dụng. Cùng một mẫu máy sưởi đã tồn tại được bốn năm trong một bể chứa tương tự ở một cơ sở khác. Sự khác biệt là nồng độ chất rắn hòa tan. Việc lắp đặt thất bại chạy một bể chứa 350 g/L muối hòa tan, trong khi việc lắp đặt thành công chạy ở mức 120 g/L. Nồng độ chất rắn cao hơn đã làm tăng độ nhớt và giảm độ dẫn nhiệt của chất lỏng, làm giảm mật độ watt an toàn.
Chất rắn hòa tan ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt theo hai cách. Chúng làm tăng độ nhớt của chất lỏng, làm dày lớp ranh giới nhiệt ở bề mặt lò sưởi. Chúng cũng làm giảm độ dẫn nhiệt của chất lỏng, làm giảm tốc độ truyền nhiệt qua chất lỏng. Hiệu ứng kết hợp là hệ số truyền nhiệt đối lưu thấp hơn và nhiệt độ bề mặt bộ gia nhiệt cao hơn đối với bất kỳ mật độ watt nhất định nào.
Chất rắn hòa tan thay đổi tính chất chất lỏng như thế nào
Khi nồng độ chất rắn hòa tan tăng lên, chất lỏng trở nên nhớt hơn và kém dẫn nhiệt hơn. Độ nhớt tăng gần như tuyến tính với nồng độ của hầu hết các muối. Độ giảm độ dẫn nhiệt nhỏ hơn nhưng vẫn có thể đo được.
Bể mạ chứa 300 g/L muối hòa tan có thể có độ nhớt gấp hai đến ba lần độ nhớt của nước ở cùng nhiệt độ. Độ dẫn nhiệt có thể thấp hơn 10–15%. Hệ số truyền nhiệt đối lưu, phụ thuộc vào cả hai tính chất, có thể thấp hơn nước từ 25–40%.
| chất rắn hòa tan | Độ nhớt tương đối | Độ dẫn nhiệt tương đối | Hệ số đối lưu so với nước | Mật độ Watt an toàn |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 W/cm2 |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 W/cm2 |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 W/cm2 |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 W/cm2 |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 W/cm2 |
Nồng độ chất rắn hòa tan và ảnh hưởng của nó đến tính chất chất lỏng và mật độ watt an toàn
Tại sao cùng một mẫu máy sưởi không thành công ở chất rắn cao
Máy sưởi hoạt động ở mức 1,2 W/cm² trong bể-chất rắn thấp có thể có nhiệt độ bề mặt cao hơn khối chất lỏng từ 15–18 độ. Cùng một lò sưởi trong bể-có hàm lượng chất rắn cao có thể có nhiệt độ bề mặt cao hơn khối lớn từ 25–35 độ. Nhiệt độ bề mặt cao hơn làm tăng tốc độ thẩm thấu, oxy hóa và lắng đọng cặn.
Nhiệt độ bề mặt cao hơn cũng làm tăng động lực lắng đọng. Muối hòa tan gần bão hòa ở nhiệt độ khối có thể vượt quá độ bão hòa ở bề mặt gia nhiệt. Chúng kết tủa trên bề mặt, tạo thành một lớp cặn giúp tăng thêm khả năng chịu nhiệt và làm tăng nhiệt độ bề mặt hơn nữa.
Giới hạn mật độ Watt thực tế cho bồn tắm chất rắn-cao
Đối với bồn tắm có chất rắn hòa tan trên 250 g/L, mật độ watt an toàn là 0,8–1,0 W/cm2 trong điều kiện khuấy trộn vừa phải. Đối với bồn tắm trên 350 g/L, giới hạn giảm xuống 0,6–0,8 W/cm2. Các giá trị này giả định giới hạn nhiệt độ bề mặt gia nhiệt là 100–110 độ.
| chất rắn hòa tan | Nhiệt độ | Mật độ Watt an toàn | Diện tích bề mặt cho 5 kW | Tuổi thọ sử dụng dự kiến |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 độ | 1,4 W/cm2 | 3.571 cm2 | 4–6 năm |
| 100–200 g/L | 60 độ | 1,2 W/cm2 | 4.167 cm2 | 3–4 năm |
| 200–300 g/L | 60 độ | 1,0 W/cm2 | 5.000 cm2 | 2–3 năm |
| 300–400 g/L | 60 độ | 0,8 W/cm2 | 6.250 cm2 | 18–30 tháng |
| >400 g/L | 60 độ | 0,6 W/cm2 | 8.333 cm2 | 12–24 tháng |
Yêu cầu về mật độ watt và diện tích bề mặt an toàn theo nồng độ chất rắn hòa tan
Đo chất rắn hòa tan
Nồng độ chất rắn hòa tan có thể được đo bằng cách làm bay hơi mẫu trong bể và cân phần cặn. Phép đo phải được thực hiện ở nhiệt độ vận hành hoặc điều chỉnh về nhiệt độ vận hành.
Máy đo độ dẫn điện cung cấp ước tính nhanh chóng về chất rắn hòa tan. Độ dẫn điện tương quan với nồng độ của hầu hết các bể mạ. Mối quan hệ nên được hiệu chỉnh cho hóa chất tắm cụ thể.
Khi máy sưởi tiêu chuẩn không thể đáp ứng yêu cầu về mật độ watt
Bể mạ-chất rắn cao có yêu cầu về công suất cao và không gian ngoại vi hạn chế thường không thể đáp ứng được bộ gia nhiệt ngâm PTFE tiêu chuẩn ở mật độ watt thấp mà ngành hóa học yêu cầu. Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh có diện tích bề mặt lớn, mật độ watt thấp và vị trí-tối ưu hóa dòng chảy sẽ giải quyết nguyên nhân gốc rễ của mật độ watt không khớp. Quá trình đặc điểm kỹ thuật yêu cầu nồng độ chất rắn hòa tan, nhiệt độ vận hành, kích thước bể, điều kiện dòng chảy và công suất yêu cầu. Đối với các cơ sở có bồn tắm-có hàm lượng chất rắn cao, phương pháp tiếp cận-dành riêng cho ứng dụng này giúp giảm sự xuống cấp của lớp phủ và kéo dài tuổi thọ sử dụng của lò sưởi.
