สารละลายเคมีที่มีความหนืดสูง-สร้างปัญหาเรื่องความร้อนที่แตกต่างจากอ่างที่มีความหนืดต่ำ- เครื่องทำความร้อนอาจถึงเอาท์พุตไฟฟ้าที่ต้องการ แต่ถังยังคงสามารถแสดงการฟื้นตัวของอุณหภูมิที่ช้าหรือความแตกต่างของอุณหภูมิที่รุนแรงระหว่างบริเวณเครื่องทำความร้อนและของเหลวส่วนที่เหลือ
สำหรับกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEความหนืดจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของการเคลื่อนตัวของความร้อนออกจากพื้นผิวที่ทำความร้อน ดังนั้นกำลังเครื่องทำความร้อน พื้นที่ผิวที่ทำงาน การไหลเวียน ตำแหน่งการติดตั้ง และรูปทรงของถังจึงจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาร่วมกัน
เหตุใดความหนืดจึงเปลี่ยนประสิทธิภาพการทำความร้อน
เมื่อของเหลวมีความหนืดมากขึ้น ความต้านทานต่อการไหลจะเพิ่มขึ้น การพาความร้อนตามธรรมชาติอาจลดลง ในขณะที่การหมุนเวียนจากปั๊มหรือเครื่องกวนอาจมีประสิทธิภาพน้อยลงเช่นกัน
การถ่ายเทความร้อนจากเครื่องทำความร้อนแบบแช่สามารถทำให้ง่ายขึ้นได้ดังนี้:
Q=hAΔT
ที่ไหนQเป็นการถ่ายเทความร้อนhคือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ-Aเป็นพื้นที่ให้ความร้อนแบบแอคทีฟ และΔTคือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวทำความร้อนและของเหลวโดยรอบ
เมื่อของเหลวรอบๆ เครื่องทำความร้อนถูกจำกัดhสามารถลดลงได้ อาจจำเป็นต้องมีความแตกต่างของอุณหภูมิมากขึ้นเพื่อถ่ายเทความร้อนในปริมาณที่เท่ากัน
ความหนืดสูงสามารถสร้างชั้นร้อนรอบๆ เครื่องทำความร้อนได้
สารละลายที่มีความหนืดสูง-อาจเคลื่อนที่ออกจากพื้นผิวเครื่องทำความร้อนอย่างช้าๆ
ของเหลวที่อยู่รอบเครื่องทำความร้อนจึงสามารถอุ่นกว่าสารละลายเทกองได้มาก
สิ่งนี้สร้างปัญหาสองประการ
ประการแรกคืออุณหภูมิไม่-สม่ำเสมอ ประการที่สองคือการเพิ่มภาระความร้อนที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน
เซ็นเซอร์ถังซึ่งอยู่ห่างจากเครื่องทำความร้อนอาจยังคงแสดงอุณหภูมิต่ำกว่าเป้าหมาย แม้ว่าของเหลวที่อยู่รอบพื้นผิวทำความร้อนจะร้อนกว่ามากอยู่แล้วก็ตาม
การเพิ่มพลังงานฮีตเตอร์เพียงอย่างเดียวอาจทำให้สภาวะนี้รุนแรงยิ่งขึ้น
พื้นที่ผิวทำความร้อนมีความสำคัญมากขึ้น
ฟลักซ์ความร้อนที่พื้นผิวความร้อนโดยเฉลี่ยสามารถประมาณได้ด้วย:
q = P/A
ที่ไหนPคือพลังงานไฟฟ้าและAเป็นพื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่
พิจารณาข้อกำหนดด้านความร้อน 10 kW ที่เป็นภาพประกอบ:
| การกำหนดค่า | พลัง | พื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่ | ฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ย |
|---|---|---|---|
| เครื่องทำความร้อนขนาดกะทัดรัด | 10 กิโลวัตต์ | 0.50 m² | 20 กิโลวัตต์/ตร.ม |
| เครื่องทำความร้อนในพื้นที่ขนาดกลาง- | 10 กิโลวัตต์ | 0.80 m² | 12.5 กิโลวัตต์/ตร.ม |
| เครื่องทำความร้อนแบบกระจาย | 10 กิโลวัตต์ | 1.20 m² | 8.3 กิโลวัตต์/ตร.ม |
ตัวเลขเหล่านี้เป็นการคำนวณตัวอย่าง ไม่ใช่ค่าการทำงานของ PTFE สากลที่อนุญาต
การเพิ่มพื้นที่ใช้งานสามารถกระจายพลังงานไฟฟ้าเดียวกันไปทั่วพื้นผิวที่ใหญ่ขึ้นได้ การปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการจริงหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับการไหลเวียน คุณสมบัติทางเคมี รูปทรงของเครื่องทำความร้อน และขนาดของถัง
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอาจส่งผลต่อความหนืด
ของเหลวเคมีหลายชนิดจะมีความหนืดน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
สิ่งนี้จะสร้างไดนามิกที่สำคัญระหว่างการเริ่มต้น
เมื่อเริ่มให้ความร้อน สารละลายอาจมีความหนืดและการไหลเวียนอาจไม่ดี เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดอาจลดลงและการเคลื่อนที่ของของไหลอาจดีขึ้น
ระบบทำความร้อนจึงสามารถทำงานแตกต่างออกไปได้ในระหว่างการสตาร์ทและการทำงานในสถานะคงที่-
เครื่องทำความร้อนที่มีขนาดเฉพาะจากสภาวะคงตัว-อาจทำให้ประสิทธิภาพในการสตาร์ทไม่เพียงพอหากความหนืดเริ่มต้นสูงขึ้นอย่างมาก
การไหลเวียนทางกลจำเป็นต้องตรงกับของไหล
สำหรับสารละลายที่มีความหนืดสูง- อาจจำเป็นต้องหมุนเวียนเชิงกลเพื่อถ่ายเทความร้อนผ่านถัง
อย่างไรก็ตาม ความจุของปั๊มที่ระบุเพียงอย่างเดียวไม่ได้รับประกันการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ
เส้นทางการไหลควรไปถึงโซนทำความร้อนและขนส่งของเหลวที่ให้ความร้อนไปยังส่วนที่เย็นกว่าของถัง
ระบบหมุนเวียนที่เลี่ยงฮีตเตอร์อาจมีอัตราการไหลโดยรวมสูงในขณะที่ยังคงสร้างการถ่ายเทความร้อนเฉพาะจุดได้น้อย
ตำแหน่งเครื่องกวน ทางเข้าปั๊ม ตำแหน่งทางระบาย ท่อภายใน และตำแหน่งเครื่องทำความร้อนจึงควรได้รับการประเมินว่าเป็นระบบที่สมบูรณ์
ตำแหน่งเครื่องทำความร้อนสามารถลดโซนนิ่งได้
เครื่องทำความร้อนที่ติดตั้งตรงมุมหรือใกล้กับผนังถังอาจมีการแลกเปลี่ยนของเหลวอ่อนตัว
สำหรับสารละลายที่มีความหนืดปัญหานี้จะเด่นชัดมากขึ้น
พื้นผิวทำความร้อนแบบแอคทีฟควรอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม โดยที่การไหลเวียนไปถึงเครื่องทำความร้อนจากหลายทิศทาง หรือที่ที่กระบวนการไหลผ่านโซนทำความร้อนโดยเจตนา
ระยะห่างจากก้นถังและผนังควรคำนึงถึงตะกอน สิ่งสะสม และการเข้าถึงการบำรุงรักษาด้วย
เวลาในการทำความร้อนสามารถประมาณได้จากคุณสมบัติของของไหล
สมมติว่าถังตัวอย่างประกอบด้วยสารละลายเคมีที่มีความหนืดสูง-จำนวน 600 กิโลกรัม โดยมีความจุความร้อนจำเพาะ 2.8 kJ/(kg·K) อุณหภูมิที่ต้องการเพิ่มขึ้นคือ 40 องศา
พลังงานความร้อนสัมผัสคือ:
Q=mcΔT
Q=600 × 2.8 × 40=67,200 กิโลจูล
ซึ่งเท่ากับประมาณ 18.7 kWh
ด้วยเครื่องทำความร้อนขนาด 12 kW เวลาทำความร้อนที่เหมาะสม-จะอยู่ที่ประมาณ:
18.7 ۞ 12=1.56 ชั่วโมง
เวลาทำความร้อนจริงจะนานขึ้นเนื่องจากการสูญเสียความร้อนของถัง ท่อ การระเหย การบรรทุกชิ้นงาน และผลกระทบด้านความร้อนอื่นๆ
ตัวอย่างยังแสดงให้เห็นว่าเหตุใดการเลือกเครื่องทำความร้อนจึงควรใช้ความจุความร้อนจำเพาะที่แท้จริงของสารละลายเคมี แทนที่จะพิจารณาคุณสมบัติของน้ำ
กำลังไฟฟ้าควรตรงกับความร้อนจริง-สภาพการถ่ายโอน
สำหรับอ่างที่มีความหนืดสูง- การเลือกเครื่องทำความร้อนที่มีกำลังไฟมากเกินไปสามารถสร้างสภาพแวดล้อมในการระบายความร้อนได้ยาก
แนวทางที่ดีกว่าคือการสร้างสมดุล:
อัตราความร้อนที่ต้องการ
พื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่
ฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ย
ความจุการไหลเวียน
ความหนืดของอ่างอาบน้ำ
อุณหภูมิในการทำงาน
รูปทรงของถัง
ข้อกำหนดความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
วัตถุประสงค์ไม่ได้เป็นเพียงพลังความร้อนสูงสุดเท่านั้น เป้าหมายที่เป็นประโยชน์คือการถ่ายเทความร้อนที่เพียงพอโดยไม่มีความเข้มข้นของความร้อนเฉพาะที่มากเกินไป
ข้อมูลใดบ้างที่ควรรวมอยู่ในการจัดซื้อจัดจ้าง?
การใช้สารเคมีที่มีความหนืดสูง-ควรให้:
องค์ประกอบทางเคมี
ความหนืดที่อุณหภูมิเริ่มต้น
ความหนืดที่อุณหภูมิใช้งาน
ความจุความร้อนจำเพาะ
ความหนาแน่น
อุณหภูมิเป้าหมาย
เวลาทำความร้อนที่ต้องการ
ขนาดถัง
วิธีการไหลเวียน
ระดับของเหลวขั้นต่ำ
พลังงานความร้อนที่จำเป็น
แหล่งจ่ายไฟฟ้าที่มีอยู่
ข้อมูลนี้ช่วยให้กเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEได้รับการออกแบบโดยอิงจากพฤติกรรมของของไหลที่เกิดขึ้นจริง แทนที่จะเป็นสมมุติฐานของน้ำที่เรียบง่าย-
สำหรับสารละลายที่มีความหนืดเป็นพิเศษ การไหลเวียนที่จำกัด ถังน้ำลึก หรือโหลดความร้อนขนาดใหญ่ พื้นที่พื้นผิวการทำความร้อนที่ปรับแต่งได้ และรูปทรงของเครื่องทำความร้อนสามารถให้การกระจายความร้อนได้ดีขึ้น การกำหนดค่าขั้นสุดท้ายควรปรับสมดุลของฟลักซ์ความร้อน การไหลเวียน ความลึกของการแช่ และอุณหภูมิกระบวนการ เพื่อให้เกิดความร้อนที่เสถียรทั่วทั้งถังเคมี
