Kemiallisessa käsittelyssä kuumennuslevy voi saavuttaa nimellislämpötilansa, kun taas prosessiliuosta on vaikea lämmittää tasaisesti. Tämä tilanne tulee selvemmäksi, kun nesteellä on korkea viskositeetti, koska lämpö ei liiku säiliön läpi yhtä helposti kuin matalaviskositeettisessa liuoksessa.
Tuloksena voi olla hidas lämmitys, lämpötilakerrostuminen ja lämmin alue suoraan lämmityslevyn yläpuolella.
Korkeaviskositeettisten kemiallisten liuosten stabiili kuumennus riippuu niiden välisestä suhteestalämmityslevyn teho, pinta-ala, nesteen liike, viskositeetti ja lämpötilaero.
Miksi viskositeetti muuttaa lämmityskäyttäytymistä
Kun nesteen viskositeetti kasvaa, luonnollinen konvektio heikkenee, koska nesteellä on suurempi vastustuskyky liikettä.
Lämmityslevy siirtää energiaa nestepinnalle levyn lähellä. Alhaisen-viskositeettiliuoksessa kuumennettu neste voi nousta ja sekoittua suhteellisen helposti. Viskoosissa liuoksessa kuumennettu kerros voi pysyä levyn lähellä pidempään.
Tämä luo lämpörajakerroksen, joka rajoittaa lämmön jakautumista.
Lämmityslevy voi siksi näyttää normaalia sähköistä toimintaa, kun taas säiliön yläosa pysyy huomattavasti viileämpänä.
Sähkötehon lisääminen voi nopeuttaa paikallista lämpenemistä, mutta se ei välttämättä ratkaise kiertohäiriötä.
Pinta-ala voi olla tärkeämpää kuin suurempi teho
Lämmityslevyn pinnan lämpövirta ilmaistaan seuraavasti:
q'' = Q / A
jossaQon lämmitysteho jaAon tehokas lämmitysalue.
Samalla lämpökäytöllä aktiivisen alueen kasvattaminen vähentää keskimääräistä lämpövirtaa.
Tämä voi olla hyödyllistä viskooseille nesteille, koska suurempi lämmityspinta jakaa lämpösyötön suuremmalle alueelle. Paikallinen nesteen lämpötila saattaa jäädä helpommin hallittavaksi verrattuna pieneen, -tehokkaaseen lämmityslevyyn.
Kompaktilevy voi silti olla sopiva, kun säiliötila on rajallinen, mutta sen tehotiheys ja kiertovaatimukset vaativat tarkempaa arviointia.
Kierto määrittää lämpötilan tasaisuuden
Korkean viskositeetin{0}}ratkaisut vaativat usein tarkoituksellista kiertoa sen sijaan, että luottaisivat kokonaan luonnolliseen konvektioon.
Pumpun virtaus tulee arvioida yhdessä nesteen ominaisuuksien ja säiliön geometrian kanssa. Pumpun nimellinen virtausnopeus ei takaa tasaista liikettä lämmityslevyn ympärillä.
Kuolleita vyöhykkeitä voi esiintyä tankin seinien, kulmien, sisäosien tai syvien säiliöiden pohjan lähellä.
Lämmityslevy tulee sijoittaa paikkaan, jossa nesteen liike voi tehokkaasti poistaa lämpöä aktiiviselta pinnalta.
| Nestemäinen kunto | Kiertokäyttäytyminen | Lämmitysvaste | Suunnittelun prioriteetti |
|---|---|---|---|
| Matala viskositeetti | Helppo nesteen liike | Nopea lämpötilan tasaus | Vakiokierto |
| Kohtalainen viskositeetti | Vähentynyt konvektio | Lievä lämpögradientti | Riittävä virtaus |
| Korkea viskositeetti | Heikko luonnollinen verenkierto | Paikallinen lämmin vyöhyke | Pakotettu kierto |
| Korkea viskositeetti + pieni virtaus | Erittäin rajallinen lämmönjako | Vahva lämpötilakerrostuminen | Vähennä lämpövirtaa ja paranna virtausta |
| Korkea viskositeetti + kerrostumia | Rajoitettu kierto | Nopea lämmönvastuksen kasvu | Likaantumisen hallinta |
Nämä olosuhteet osoittavat, miksi viskositeetti tulisi sisällyttää lämmityslevyn valintaan sen sijaan, että sitä pitäisi käsitellä toissijaisena prosessin yksityiskohtana.
Lämpötilan muutokset vaikuttavat myös viskositeettiin
Monien kemiallisten liuosten tärkeä ominaisuus on, että viskositeetti laskee lämpötilan noustessa.
Tämä luo dynaamisen lämmitysprosessin.
Käynnistettäessä kylmällä liuoksella voi olla suhteellisen korkea viskositeetti ja huono kierto. Lämmityslevyn nostaessa lämpötilaa liuos voi helpottaa kierrätystä, mikä parantaa lämmön jakautumista.
Tämä tarkoittaa, että käynnistysolosuhteet voivat olla vaativampia kuin vakaan tilan-käyttö.
Lämmityslevy, joka on mitoitettu vain lopulliseen käyttötilaan, voi siksi aiheuttaa odottamattoman hitaan{0}}lämpenemisen tai liian korkean paikallisen lämpötilan käynnistyksen aikana.
PTFE-rakenne vaatii lämpötasapainon
PTFE-lämmityslevyt voivat olla hyödyllisiä syövyttävissä kemiallisissa ratkaisuissa, koska PTFE tarjoaa vahvan kemikaalinkestävyyden.
PTFE:llä on kuitenkin alhaisempi lämmönjohtavuus kuin monilla metallimateriaaleilla. Suojakerros edistää siksi lämpövastusta lämmityselementin ja prosessinesteen välillä.
Viskooseille kemiallisille liuoksille tämä tekee lämmitysalasta ja tehotiheydestä erityisen tärkeitä.
Suunnittelu, jossa on riittävästi pinta-alaa ja säädeltyä lämpövirtaa, voi auttaa pitämään pinnan vakaat olosuhteet, kun taas liiallinen tehon keskittyminen voi lisätä lämpötilaeroa lämmityspinnan ja ympäröivän nesteen välillä.
Kemiallinen yhteensopivuus tulee myös tarkistaa todellisessa käyttölämpötilassa ja pitoisuudessa.
Kuinka vakaa lämmitys voidaan saavuttaa?
Useat suunnittelu- ja käyttötoimenpiteet voivat parantaa lämpötilan vakautta:
Käytä riittävää lämmityspinta-alaa.
Vältä tarpeettoman suurta pintalämpövirtaa.
Järjestä kierto lämmityslevyn lähellä.
Ota huomioon viskositeetti käynnistyslämpötilassa.
Sijoita lämpötila-anturit etäälle paikallisista kuumista vyöhykkeistä.
Säilytä tasainen nestetaso.
Tarkkaile kemikaalien pitoisuutta ja likaantumista.
Salli riittävä huoltoon pääsy.
Suurissa tai erittäin viskoosisissa säiliöissä useat lämmitysvyöhykkeet voivat tarjota paremman hallinnan kuin yksi keskitetty lämmityslähde.
Eri vyöhykkeiden riippumaton ohjaus voi myös vähentää tarpeetonta lämmitystä alueilla, joissa neste on jo lähellä tavoitelämpötilaa.
Lämpökuormitus on vielä laskettava
Lämmityslevyn valinnan tulee alkaa todellisesta lämmöntarpeesta.
Yksinkertaistettu jatkuva{0}}kuormituslaskenta on:
Q=ṁCpΔT + Qloss
jossaṁon nesteen virtausnopeus,Cpon ominaislämpö,ΔTon vaadittu lämpötilan nousu, jaQlossedustaa lämpöhäviöitä.
Laskettu käyttöarvo tulee sitten arvioida viskositeetin, kierron, lämmitysalueen ja sallitun lämpövirran suhteen.
Tämä estää yleisen virheen: tehokkaan{0}}lämmityslevyn valitsemisen kompensoimaan nesteen huonoa liikettä.
Luotettavampi valintastrategia
Lämmityslevy voi ylläpitää vakaan lämpötilan korkeaviskositeisissa kemiallisissa liuoksissa, kun lämpö- ja hydrauliolosuhteet sopivat oikein.
Kriittinen tasapaino on välillälämmitysteho ja lämmönjako. Suuremmasta tehosta on hyötyä lämmöntarpeen tyydyttämisessä, mutta liiallinen tehotiheys voi lisätä paikallisia lämpötilaeroja, kun kierto on heikko.
Teollisuuskemikaalisäiliöiden viskositeetti sekä käynnistys- että käyttölämpötilassa, kiertonopeus, säiliön geometria, kemikaalin pitoisuus, vaadittu kuumennusaika ja lämmityslevyn pinta-ala on määriteltävä ennen lopullista valintaa.
Tämä lähestymistapa tarjoaa luotettavamman perustan lämmityslevyn tehon, mittojen, PTFE-rakenteen ja säätövyöhykkeiden valitsemiselle vakaan{0}}pitkäaikaisen toiminnan takaamiseksi.
