ความหนาแน่นของของเหลวส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนของฮีตเตอร์แบบแช่ PTFE อย่างไร

ถังเคมีสามารถบรรจุของเหลวในปริมาณเท่ากันแต่มีพฤติกรรมแตกต่างกันมากในแต่ละชุดการผลิต การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารเคมีสามารถเปลี่ยนความหนาแน่น ความหนืด ความจุความร้อน และการไหลเวียนของของเหลวได้ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อวิธีการกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEถ่ายเทความร้อนเข้าสู่อ่างอาบน้ำ

สำหรับวิศวกรในการกำหนดขนาดอุปกรณ์ทำความร้อน ความหนาแน่นของของเหลวจึงควรพิจารณาร่วมกับความเข้มข้นและคุณสมบัติทางความร้อน แทนที่จะถือเป็นข้อกำหนดเฉพาะแบบแยกส่วน

ความหนาแน่นจะเปลี่ยนมวลจริงที่ได้รับความร้อน

ความจุของถังมักจะแสดงเป็นลิตรหรือลูกบาศก์เมตร ในขณะที่การคำนวณความร้อนจะขึ้นอยู่กับมวล

ความสัมพันธ์พื้นฐานคือ:

m = ρV

ที่ไหนmคือมวลของเหลวρคือความหนาแน่น และVคือปริมาตรของเหลว

ตัวอย่างเช่น ถังขนาด 1,000 ลิตรที่บรรจุสารละลายที่มีความหนาแน่น 1.20 กิโลกรัม/ลิตร จะบรรจุของเหลวประมาณ 1,200 กิโลกรัม

หากถังเดียวกันมีสารละลายที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า-อยู่ที่ 1.00 กิโลกรัม/ลิตร มวลของเหลวจะอยู่ที่ประมาณ 1,000 กิโลกรัมเท่านั้น

ความแตกต่างนี้ส่งผลต่อปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิอ่าง

เพื่อการทำความร้อนที่เหมาะสม:

Q=mcΔT

ดังนั้น ของเหลวสองชนิดที่ใช้ปริมาตรถังเดียวกันจึงต้องใช้พลังงานความร้อนที่แตกต่างกันเมื่อความหนาแน่นและความจุความร้อนจำเพาะแตกต่างกัน

ความหนาแน่นเพียงอย่างเดียวไม่สามารถกำหนดการถ่ายเทความร้อนได้

ความเข้าใจผิดทางวิศวกรรมทั่วไปคือการสันนิษฐานว่าความหนาแน่นที่สูงขึ้นหมายถึงการถ่ายเทความร้อนที่แย่ลงหรือดีขึ้นโดยอัตโนมัติ

ความหนาแน่นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของ-ภาพคุณสมบัติของเหลว

การถ่ายเทความร้อนรอบๆ เครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ยังได้รับอิทธิพลจากความหนืด ความจุความร้อนจำเพาะ การนำความร้อน ความเร็วของของเหลว รูปทรงของเครื่องทำความร้อน และความแตกต่างของอุณหภูมิ

ความสัมพันธ์แบบง่ายคือ:

Q=hAΔT

ที่นี่,hแสดงถึงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ-และAหมายถึงพื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่

ความหนาแน่นสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมของของไหล แต่ไม่ได้ให้คุณค่าโดยตรงh. การเคลื่อนที่และความหนืดของของไหลก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน

โซลูชั่นแบบเข้มข้นสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติหลายอย่างพร้อมกันได้

ในกระบวนการทางเคมีหลายๆ กระบวนการ ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสารเคมีที่ละลายเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน ความหนืดและความจุความร้อนจำเพาะอาจเปลี่ยนแปลงได้

สิ่งนี้จะสร้างเอฟเฟกต์การออกแบบที่ผสมผสานกัน

สารละลายเข้มข้นอาจมีมวลต่อหน่วยปริมาตรมากกว่า ซึ่งจะเป็นการเพิ่มภาระการให้ความร้อนที่สมเหตุสมผล- หากความหนืดเพิ่มขึ้น การหมุนเวียนรอบๆ เครื่องทำความร้อนอาจมีประสิทธิภาพลดลง

ผลลัพธ์อาจเป็นกระบวนการที่พลังงานความร้อนที่ระบุเท่ากันทำให้เกิดการตอบสนองต่ออุณหภูมิที่แตกต่างกันหลังจากที่ความเข้มข้นของสารเคมีเปลี่ยนแปลงไป

ด้วยเหตุนี้ การคำนวณการให้ความร้อนตามปริมาตรถังเท่านั้นจึงอาจคลาดเคลื่อนสำหรับสารละลายเคมีเข้มข้นได้

เหตุใดพื้นที่ผิวของเครื่องทำความร้อนจึงมีความสำคัญ

สมมติว่ากระบวนการหนึ่งต้องใช้พลังงานความร้อน 12 กิโลวัตต์

เครื่องทำความร้อนขนาดกะทัดรัดที่มีพื้นที่ใช้งานขนาดเล็กและเครื่องทำความร้อนที่ยาวกว่าพร้อมพื้นที่ใช้งานขนาดใหญ่สามารถให้พลังงานไฟฟ้าได้ 12 กิโลวัตต์ อย่างไรก็ตาม ฟลักซ์ความร้อนพื้นผิวโดยเฉลี่ยจะแตกต่างออกไป

การคำนวณแบบง่ายคือ:

q = P/A

ที่ไหนqคือฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ย

พิจารณาการกำหนดค่าที่แสดงให้เห็นสองแบบ:

ค่าเหล่านี้เป็นเพียงภาพประกอบและไม่ได้แสดงถึงขีดจำกัดการปฏิบัติงานของ PTFE สากล

การจัดเรียงแบบกระจายสามารถให้ฟลักซ์ความร้อนที่พื้นผิวโดยเฉลี่ยต่ำกว่า แต่ประสิทธิภาพที่แท้จริงยังคงขึ้นอยู่กับการไหลเวียน รูปทรงของการติดตั้ง เคมีของอ่าง และโครงสร้างของเครื่องทำความร้อน

การเคลื่อนที่ของของเหลวอาจกลายเป็นปัจจัยจำกัดได้

เมื่อสารละลายเคมีที่มีความหนาแน่นหรือมีความหนืดเคลื่อนที่ช้าๆ ความร้อนอาจสะสมรอบๆ พื้นผิวเครื่องทำความร้อนได้เร็วกว่าการเคลื่อนย้ายไปยังอ่างที่อยู่รอบๆ

สิ่งนี้สามารถสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิเฉพาะที่ระหว่างของเหลวที่อยู่รอบๆ เครื่องทำความร้อนและสารละลายปริมาณมาก

เซ็นเซอร์อุณหภูมิถังอาจยังคงรายงานอุณหภูมิเฉลี่ยที่ต้องการในขณะที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนเผชิญกับสภาวะที่แตกต่างกันอย่างมาก

ดังนั้นควรประเมินความปั่นป่วนทางกล การไหลเวียนของปั๊ม ระยะห่างของเครื่องทำความร้อน และตำแหน่งการติดตั้งร่วมกัน

สำหรับถังเคมีขนาดใหญ่ การกระจายโซนความร้อนสามารถช่วยหลีกเลี่ยงการรวมภาระความร้อนในภูมิภาคหนึ่งได้

ความหนาแน่นควรรวมอยู่ในการคำนวณความร้อน-ด้วย

พิจารณาตัวอย่างสารละลายเคมี 1,500 ลิตรที่มีความหนาแน่น 1.15 กิโลกรัม/ลิตร มวลของเหลวโดยประมาณคือ:

ม.=1.15 × 1,500=1,725 กก

หากสมมติความจุความร้อนจำเพาะเท่ากับ 3.2 kJ/(kg·K) และอุณหภูมิที่ต้องการเพิ่มขึ้นคือ 30 องศา :

Q=1,725 × 3.2 × 30=165,600 กิโลจูล

ซึ่งเท่ากับประมาณ 46 กิโลวัตต์ชั่วโมงของพลังงานความร้อนที่เหมาะสม

เครื่องทำความร้อนขนาด 20 kW ในทางทฤษฎีจะใช้เวลาประมาณ 2.3 ชั่วโมงภายใต้สภาวะที่เหมาะสม เวลาทำความร้อนจริงอาจนานกว่านั้นเนื่องจากผนังถัง ท่อ ชิ้นงาน การระเหย และการสูญเสียความร้อนจากสิ่งแวดล้อมยังใช้พลังงานอีกด้วย

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าเหตุใดจึงควรรวมความหนาแน่นและความจุความร้อนจำเพาะเมื่อประมาณค่าความจุความร้อน

ข้อมูลใดที่ควรจัดเตรียมไว้สำหรับการเลือกเครื่องทำความร้อน?

สำหรับกระบวนการทางเคมีโดยใช้กเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEข้อมูลของเหลวที่เป็นประโยชน์ประกอบด้วย:

ความหนาแน่นของของเหลวหรือความถ่วงจำเพาะ

ความเข้มข้นของสารเคมี

ความจุความร้อนจำเพาะ

ความหนืด

การนำความร้อนเมื่อมี

ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน

อัตราความร้อนที่ต้องการ

วิธีการไหลเวียนหรือการกวน

ระดับของเหลวปกติและต่ำสุด

ขนาดถัง

ดังนั้นความหนาแน่นจึงถือว่าดีที่สุดโดยเป็นส่วนหนึ่งของโปรไฟล์คุณสมบัติระบายความร้อน-ที่กว้างขึ้น

เมื่อความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามความเข้มข้นของสารเคมี ควรตรวจสอบขนาดของเครื่องทำความร้อนตลอดช่วงการทำงานจริง แทนที่จะตรวจสอบกับสภาวะที่ระบุเพียงสภาวะเดียว การผสมผสานคุณสมบัติของของไหลเข้ากับพื้นที่ผิวทำความร้อน การกระจายกำลัง การไหลเวียน และรูปทรงของถัง ทำให้เกิดพื้นฐานที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับการเลือกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE และการออกแบบทางอุตสาหกรรมที่ปรับแต่งเอง