ถังบำบัดน้ำลึกสร้างปัญหาด้านความร้อนที่แตกต่างจากอ่างเคมีน้ำตื้น ชั้นของเหลวด้านบนสามารถเข้าถึงอุณหภูมิเป้าหมายได้ในขณะที่บริเวณด้านล่างยังคงเย็นอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการไหลเวียนอ่อนแอหรือโซนความร้อนรวมตัวอยู่ใกล้ตำแหน่งเดียว
A เครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEการติดตั้งในถังลึกจึงต้องถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบหมุนเวียนความร้อนทั้งหมด ความยาวเครื่องทำความร้อน ความลึกในการติดตั้ง การกระจายกำลัง การเคลื่อนที่ของของเหลว และตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ- ล้วนส่งผลต่อเสถียรภาพของอุณหภูมิ
เหตุใดถังน้ำลึกจึงพัฒนาความแตกต่างของอุณหภูมิ
เมื่อเครื่องทำความร้อนเพิ่มอุณหภูมิของของเหลวที่อยู่ใกล้เคียง การพาความร้อนตามธรรมชาติสามารถเคลื่อนของเหลวที่อุ่นกว่าขึ้นด้านบนได้ ในขณะที่ของเหลวที่เย็นกว่าจะเคลื่อนลงด้านล่าง
กลไกนี้สามารถให้การหมุนเวียนที่เป็นประโยชน์ แต่ประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของเหลว ความหนืด ความแตกต่างของอุณหภูมิ รูปทรงของถัง และตำแหน่งของเครื่องทำความร้อน
ในถังน้ำลึกที่มีการหมุนเวียนจำกัด ระยะห่างในแนวตั้งอาจมีขนาดใหญ่เพียงพอสำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีนัยสำคัญยังคงอยู่ระหว่างบริเวณด้านบนและด้านล่าง
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่วางอยู่ใกล้พื้นผิวจึงอาจระบุอุณหภูมิเป้าหมายในขณะที่โซนกระบวนการด้านล่างยังต่ำกว่าข้อกำหนด
ความยาวเครื่องทำความร้อนกำหนดโซนความร้อน
เครื่องทำความร้อนแบบสั้นจะรวมอินพุตความร้อนไว้ในบริเวณเดียว
อีกนานเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEสามารถกระจายความร้อนไปในระยะทางแนวตั้งที่มากขึ้น โดยที่ส่วนทำความร้อนแบบแอคทีฟยังคงแช่อยู่อย่างเหมาะสม
วัตถุประสงค์ไม่ใช่เพียงเพื่อให้เครื่องทำความร้อนมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นเท่านั้น พื้นที่ทำความร้อนแบบแอคทีฟควรสอดคล้องกับส่วนของถังที่ต้องการการควบคุมความร้อน
ตัวอย่างเช่น ถังลึกที่บรรจุกระบวนการโหลดตลอดความสูงส่วนใหญ่อาจได้รับประโยชน์จากโซนการให้ความร้อนแบบกระจายที่ยาวขึ้น ถังที่มีเฉพาะส่วนล่างเท่านั้นที่มีของเหลวในกระบวนการทำงานอยู่อาจต้องมีการจัดเตรียมที่แตกต่างกัน
เรื่องการกระจายอำนาจ
ฟลักซ์ความร้อนพื้นผิวความร้อนโดยเฉลี่ยสามารถประมาณได้โดยใช้:
q = P/A
ที่ไหนPคือพลังงานความร้อนไฟฟ้าและAเป็นพื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่
พิจารณาข้อกำหนด 12 kW ที่เป็นภาพประกอบ:
| การกำหนดค่า | พลัง | พื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่ | ฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ย |
|---|---|---|---|
| โซนสมาธิสั้น | 12 กิโลวัตต์ | 0.60 m² | 20 กิโลวัตต์/ตร.ม |
| โซนกระจายอีกต่อไป | 12 กิโลวัตต์ | 1.20 m² | 10 กิโลวัตต์/ตร.ม |
| สองโซนกระจาย | 12 กิโลวัตต์ | 1.20 m² | 10 กิโลวัตต์/ตร.ม |
ตัวเลขเป็นเพียงภาพประกอบและไม่ได้แสดงถึงขีดจำกัดการทำงานแบบสากล
การเพิ่มพื้นที่ใช้งานสามารถกระจายกำลังทั้งหมดเท่ากันบนพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้นได้ การสร้างประสิทธิภาพที่ดีขึ้นหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับการไหลเวียนของของเหลวและรูปทรงถังจริง
การไหลเวียนจะกำหนดว่าความร้อนไปถึงถังด้านบนหรือไม่
ถังลึกต้องมีกลไกที่มีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนผ่านปริมาตรของกระบวนการ
การพาความร้อนตามธรรมชาติอาจเพียงพอสำหรับสารละลายที่มีความหนืดต่ำ-บางชนิด แต่การหมุนเวียนเชิงกลสามารถให้การผสมที่คาดการณ์ได้มากกว่า
ตำแหน่งปล่อยปั๊มเป็นสิ่งสำคัญ ระบบหมุนเวียนที่เคลื่อนของเหลวในแนวนอนอาจไม่ขจัดความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวตั้งหากโซนทำความร้อนอยู่ที่ด้านล่าง
ดังนั้นควรประเมินการรวมกันของตำแหน่งเครื่องทำความร้อนและทิศทางการไหลในระหว่างการออกแบบอุปกรณ์
ตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิอาจส่งผลต่อเสถียรภาพในการควบคุม
เซ็นเซอร์ตัวเดียวแทบจะเป็นตัวแทนของทุกจุดในถังกระบวนการแบบลึก
ลองพิจารณาตัวอย่างง่ายๆ:
โซนทำความร้อนล่าง: 68 องศา
ถังกลาง: 62 องศา
ถังบน: 58 องศา
จุดควบคุมคอนโทรลเลอร์: 60 องศา
หากเซ็นเซอร์อยู่ที่บริเวณด้านบน เครื่องทำความร้อนอาจทำงานต่อไปแม้ว่าโซนด้านล่างจะร้อนกว่ามากก็ตาม
หากวางเซ็นเซอร์ไว้ใกล้กับเครื่องทำความร้อน ตัวควบคุมอาจปิดระบบทำความร้อนก่อนที่ถังด้านบนจะถึงอุณหภูมิที่ต้องการ
การทำแผนที่อุณหภูมิระหว่างการทดสอบการทำงานสามารถระบุตำแหน่งการตรวจวัดที่เป็นตัวแทนได้มากที่สุด
ต้องกำหนดระดับของเหลวขั้นต่ำ
ถังลึกอาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงระดับอย่างมากในระหว่างการบรรทุก การระบาย การระเหย และการเติมสารเคมี
โซนการให้ความร้อนแบบแอคทีฟควรอยู่ในช่วงการแช่ที่กำหนดไว้ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ
การออกแบบที่ใช้งานได้จริงควรสร้าง:
ระดับของเหลวสูงสุด → ระดับการทำงานปกติ → ระดับของเหลวขั้นต่ำ
ระดับต่ำสุดควรเข้ากันได้กับส่วนการทำความร้อนแบบแอคทีฟและระบบป้องกัน
การตรวจจับระดับและการป้องกันอุณหภูมิเกินที่เป็นอิสระสามารถให้การป้องกันเพิ่มเติมในกรณีที่สภาวะของกระบวนการเหมาะสม
การประมาณเวลาทำความร้อนสำหรับถังน้ำลึก
สมมติว่าถังที่มีกระบวนการลึกมีสารละลาย 1,200 กิโลกรัม เมื่อใช้ความจุความร้อนจำเพาะตัวอย่างที่ 3.6 kJ/(kg·K) อุณหภูมิที่ต้องการเพิ่มขึ้นคือ 25 องศา
พลังงานความร้อนสัมผัสคือ:
Q=mcΔT
Q=1,200 × 3.6 × 25=108,000 กิโลจูล
ซึ่งเท่ากับประมาณ 30 กิโลวัตต์ชั่วโมง
ด้วยเครื่องทำความร้อนขนาด 15 กิโลวัตต์ เวลาทำความร้อนที่เหมาะสม-คือ:
30 ۞ 15=2 ชั่วโมง
เวลาทำความร้อนจริงจะนานขึ้นเนื่องจากการสูญเสียผนังถัง- การระเหยของพื้นผิว ท่อ การโหลดชิ้นงาน และการสูญเสียความร้อนอื่นๆ
การคำนวณช่วยกำหนดว่ากำลังเครื่องทำความร้อนที่ต้องการสอดคล้องกับเวลาเริ่มต้นหรือเวลาฟื้นตัวที่ต้องการหรือไม่
โซนทำความร้อนหลายแห่งสามารถปรับปรุงการควบคุมได้
สำหรับรถถังที่ลึกมาก รถถังหลายคันจะควบคุมอย่างอิสระเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEโซนอาจให้ความยืดหยุ่นมากกว่าส่วนทำความร้อนที่มีพลังงานอย่างต่อเนื่อง
โซนที่แยกจากกันสามารถช่วยจับคู่อินพุตความร้อนกับบริเวณถังต่างๆ หรือชดเชยการสูญเสียความร้อนที่ไม่เท่ากัน
อย่างไรก็ตาม หลายโซนยังต้องการการควบคุมทางไฟฟ้าและการตรวจสอบอุณหภูมิที่มากขึ้น ความซับซ้อนเพิ่มเติมควรได้รับการพิสูจน์โดยพฤติกรรมทางความร้อนของกระบวนการ
ข้อมูลการเลือกสำหรับถังที่มีกระบวนการลึก
ข้อกำหนดที่สมบูรณ์ควรประกอบด้วย:
ความลึกและเส้นผ่านศูนย์กลางถัง
ระดับของเหลวปกติและต่ำสุด
พลังงานความร้อนที่ต้องการ
อุณหภูมิเป้าหมายและความแปรผันที่อนุญาต
ความเข้มข้นของสารเคมี
ความหนืดของของเหลว
วิธีการไหลเวียน
ความยาวใช้งานของฮีตเตอร์
ตำแหน่งการติดตั้งเครื่องทำความร้อน
ตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ-
การจัดหาไฟฟ้า
รอบการทำงาน
การรักษาอุณหภูมิในถังน้ำลึกจึงไม่ใช่แค่เรื่องของการเพิ่มกำลังไฟของเครื่องทำความร้อนเท่านั้น เหมาะสมเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEต้องวางพื้นผิวทำความร้อนที่สามารถถ่ายเทความร้อนไปยังของเหลวในกระบวนการได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยยังคงรักษาการไหลเวียนที่เพียงพอและความลึกของการแช่ที่ปลอดภัย
สำหรับถังที่ลึก แคบ หรือให้ความร้อนไม่-สม่ำเสมอ ความยาวเครื่องทำความร้อนที่ปรับแต่งได้และการจัดเรียงหลาย-โซนสามารถพัฒนาได้ตามระดับของเหลว รูปแบบการไหลเวียน ปริมาณการทำความร้อน และพื้นที่การติดตั้งที่มีอยู่
