Một bể chứa hóa chất có thể có đủ năng lượng làm nóng nhưng vẫn gặp khó khăn trong việc đạt được nhiệt độ quy trình thống nhất. Một lý do phổ biến là sự lưu thông chất lỏng không đủ xung quanhLò sưởi ngâm PTFE.
Khi chất lỏng được làm nóng vẫn ở gần bề mặt gia nhiệt thay vì di chuyển qua bể, độ dốc nhiệt độ sẽ phát triển. Bộ điều khiển có thể báo cáo nhiệt độ mục tiêu trong khi các vùng lạnh hơn vẫn ở nơi khác trong bể xử lý.
Do đó, đối với thiết bị hóa học, việc lựa chọn bộ gia nhiệt và chuyển động của chất lỏng phải được coi là một vấn đề về thiết kế nhiệt.
Nhiệt phải di chuyển ra khỏi lò sưởi
Một lò sưởi ngâm chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt ở bề mặt hoạt động của nó. Chất lỏng xung quanh sau đó phải mang nhiệt đó đi.
Mối quan hệ truyền nhiệt-được đơn giản hóa là:
Q=hAΔT
Ở đâuQđược truyền nhiệt,hlà hệ số truyền nhiệt-hiệu quả,Alà diện tích bề mặt gia nhiệt, vàΔTlà chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt gia nhiệt và chất lỏng xung quanh.
Ảnh hưởng tuần hoàn chất lỏngh. Khi dòng chảy xung quanh lò sưởi yếu, lớp ranh giới nhiệt có thể trở nên dày hơn và quá trình truyền nhiệt có thể trở nên kém hiệu quả hơn.
Máy sưởi có thể vẫn tiêu thụ lượng điện dự kiến nhưng sự phân bố nhiệt độ bên trong bình có thể không đồng đều.
Đối lưu tự nhiên không phải lúc nào cũng đủ
Khi chất lỏng gần lò sưởi trở nên ấm hơn, mật độ của nó có thể thay đổi và quá trình đối lưu tự nhiên có thể bắt đầu. Điều này có thể tạo ra sự lưu thông mà không cần máy bơm.
Tuy nhiên, hiệu quả của đối lưu tự nhiên phụ thuộc vào đặc tính chất lỏng, chênh lệch nhiệt độ, hình dạng bể, hướng gia nhiệt và độ nhớt.
Chất lỏng có độ nhớt thấp-trong bể sâu có thể lưu thông tương đối dễ dàng. Dung dịch hóa học đậm đặc hoặc nhớt có thể hoạt động khác nhau.
Đây là lý do tại sao một máy sưởi hoạt động tốt trong một bể hóa chất không thể tự động cung cấp cùng một nhiệt độ đồng đều trong một bể khác có các đặc tính chất lỏng khác nhau.
Tuần hoàn cơ học làm thay đổi môi trường nhiệt
Máy bơm, máy khuấy và dòng quy trình có thể làm tăng đáng kể chuyển động của chất lỏng xung quanh bề mặt gia nhiệt.
Việc xem xét quan trọng không chỉ đơn giản là tốc độ dòng bơm danh nghĩa. Hướng dòng chảy và vận tốc cục bộ xung quanh lò sưởi cũng có vấn đề.
Ví dụ, đường hồi lưu có thể tạo ra sự lưu thông mạnh ở gần một bên của bể trong khi khiến phía đối diện tương đối ứ đọng.
Tương tự như vậy, một lò sưởi được lắp đặt ngay trước luồng phóng điện mạnh có thể có các điều kiện truyền nhiệt-rất khác so với một lò sưởi khác được đặt ở góc-dòng chảy thấp.
Do đó, vị trí lò sưởi phải được đánh giá cùng với mô hình tuần hoàn.
Vị trí nóng có thể ảnh hưởng đến lưu thông
A Lò sưởi ngâm PTFElắp đặt quá gần thành bể có thể hạn chế chuyển động của chất lỏng xung quanh một phần bề mặt gia nhiệt của nó.
Các đường ống bên trong và các bộ phận kết cấu có thể tạo ra các vùng chết tương tự.
Đối với một bể nhỏ gọn, cần xem xét một số kích thước:
Khoảng cách từ lò sưởi-đến-tường
Bộ sưởi-đến-khoảng trống phía dưới
Khoảng cách từ đường ống nội bộ
Khoảng cách từ các cửa hàng lưu thông
Khoảng cách từ khu vực tải phôi
Định hướng của phần sưởi ấm hoạt động
Mục tiêu là duy trì sự trao đổi chất lỏng đầy đủ xung quanh bề mặt hoạt động mà không tạo ra những hạn chế dòng chảy không cần thiết.
Khu vực sưởi ấm và lưu thông làm việc cùng nhau
Hãy xem xét một yêu cầu minh họa về sưởi ấm 12 kW.
| Bố trí sưởi ấm | Quyền lực | Khu vực hoạt động | Thông lượng nhiệt trung bình | Điều kiện tuần hoàn |
|---|---|---|---|---|
| Vùng nén | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m2 | Yếu đuối |
| Vùng phân phối | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m2 | Vừa phải |
| Vùng phân phối | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m2 | Mạnh |
Thông lượng nhiệt trung bình được tính từ:
q = P/A
Những số liệu này mang tính minh họa chứ không phải là giới hạn vận hành chung.
Sự so sánh cho thấy tại sao chỉ riêng công suất không mô tả được hiệu suất nhiệt. Cùng một công suất 12 kW có thể tạo ra các điều kiện hoạt động khác nhau tùy thuộc vào khu vực gia nhiệt và chuyển động của chất lỏng.
Lưu thông kém có thể làm sai lệch việc kiểm soát nhiệt độ
Giả sử cảm biến nhiệt độ được đặt ở khu vực-hỗn hợp tốt của bể trong khi máy sưởi nằm ở vùng-có dòng chảy thấp.
Cảm biến có thể đạt đến nhiệt độ mục tiêu một cách chậm rãi, khiến bộ điều khiển duy trì nhiệt độ lâu hơn. Trong khi đó, chất lỏng ngay xung quanh lò sưởi có thể trở nên nóng hơn đáng kể so với nhiệt độ khối đo được.
Tình huống ngược lại cũng có thể xảy ra khi cảm biến được đặt gần đường lưu thông mạnh trong khi khu vực khác vẫn chưa được trộn lẫn.
Lập bản đồ nhiệt độ tại một số điểm có thể giúp xác định các điều kiện này trong quá trình vận hành thử.
Độ nhớt làm cho lưu thông quan trọng hơn
Nồng độ hóa học có thể ảnh hưởng đến độ nhớt. Khi độ nhớt tăng lên, chuyển động của chất lỏng có thể trở nên khó khăn hơn và sự đối lưu tự nhiên có thể yếu đi.
Điều này có thể làm tăng tầm quan trọng của tuần hoàn cơ học, đặc biệt khi cần có năng lượng sưởi ấm đáng kể.
Do đó, quy trình có độ nhớt cao sẽ không được xác định kích thước bằng cách sử dụng các giả định về tuần hoàn-như nước mà không kiểm tra các đặc tính thực tế của chất lỏng.
Thiết kế tản nhiệt nên xem xét mật độ, độ nhớt, nhiệt dung riêng, nhiệt độ vận hành và phương pháp tuần hoàn cùng nhau.
Cách đánh giá lưu thông trong quá trình lựa chọn
Một số câu hỏi thực tế có thể được đưa vào phần thông số kỹ thuật của thiết bị:
Tốc độ dòng chảy quá trình bình thường là gì?
Chất lỏng đi vào và rời khỏi bể ở đâu?
Có khuấy trộn cơ học được không?
Những khu vực nào của bể có tuần hoàn yếu?
Máy sưởi sẽ được lắp đặt ở đâu?
Nhiệt độ sẽ được đo ở đâu?
Độ nhớt có thay đổi đáng kể theo nhiệt độ hoặc nồng độ không?
Những chi tiết này giúp xác định xem một vùng sưởi ấm phân tán hay một số vùng nhỏ hơn sẽ phù hợp hơn.
Lưu thông cần được xem xét trước khi tăng sức mạnh
Nếu một bể có độ đồng đều nhiệt độ kém, chỉ cần tăng công suất bộ sưởi có thể làm tăng tải nhiệt cục bộ mà không giải quyết được vấn đề tuần hoàn cơ bản.
Một cách tiếp cận tốt hơn là kiểm tra cùng nhau diện tích bề mặt gia nhiệt, vị trí bộ gia nhiệt, hướng dòng chảy, vị trí-cảm biến nhiệt độ và các đặc tính của chất lỏng.
Đối với mộtLò sưởi ngâm PTFE, truyền nhiệt hiệu quả không chỉ phụ thuộc vào đầu vào điện. Chuyển động chất lỏng thích hợp giúp truyền nhiệt từ bề mặt PTFE vào thể tích quy trình và hỗ trợ nhiệt độ bể ổn định hơn.
Khi lưu thông bị hạn chế, hình dạng bể không đều hoặc dung dịch hóa chất có độ nhớt cao, có thể phát triển cách bố trí bộ gia nhiệt tùy chỉnh theo mô hình dòng chảy thực tế, khu vực gia nhiệt hoạt động, độ sâu ngâm và nhiệt độ quy trình cần thiết.
