การให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอเป็นปัญหาที่พบบ่อยในถังเคมี ตัวควบคุมอุณหภูมิอาจแสดงค่าเป้าหมายในขณะที่พื้นที่หนึ่งของอ่างอาบน้ํายังคงเย็นกว่าอีกจุดหนึ่งอย่างเห็นได้ชัด ในกรณีอื่นๆ คราบสกปรกจะปรากฏขึ้นใกล้กับเครื่องทำความร้อน คุณภาพของผลิตภัณฑ์แตกต่างกันไปตามตำแหน่งถัง หรือรอบการเปิดและปิดเครื่องทำความร้อนบ่อยกว่าที่คาดไว้
สำหรับกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอมักเกิดจากพารามิเตอร์ตัวเดียวเพียงอย่างเดียว รูปทรงของเครื่องทำความร้อน ความหนาแน่นของพลังงาน การไหลเวียนของของเหลว รูปทรงถัง ตำแหน่งการติดตั้ง และตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ-ล้วนมีส่วนช่วย
ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอเริ่มต้นด้วยการกระจายความร้อน
เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มจะถ่ายเทพลังงานผ่านพื้นผิวทำความร้อนแบบแอคทีฟ หากพลังงานความร้อนกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็ก ของเหลวที่อยู่รอบๆ จะได้รับความร้อนเฉพาะจุดสูง
ฟลักซ์ความร้อนพื้นผิวโดยเฉลี่ยสามารถประมาณได้ด้วย:
q = P/A
ที่ไหนPคือกำลังเครื่องทำความร้อนและAเป็นพื้นที่ทำความร้อนที่ใช้งานอยู่
ตัวอย่างเช่น เครื่องทำความร้อนขนาด 10 kW ที่มีพื้นที่ใช้งาน 0.5 ตารางเมตร มีฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ยที่แสดงไว้ที่ 20 kW/m²
รูปแบบที่สองขนาด 10 กิโลวัตต์พร้อมพื้นที่ใช้งาน 1.0 ตร.ม. จะมีค่าเฉลี่ย 10 กิโลวัตต์/ตร.ม.
การคำนวณไม่ได้กำหนดฟลักซ์ความร้อนที่อนุญาตสากล ประสิทธิภาพที่แท้จริงขึ้นอยู่กับโครงสร้างของ PTFE เคมีในอ่าง การไหลเวียน อุณหภูมิ และรูปทรงของเครื่องทำความร้อน
การไหลเวียนไม่ดีสามารถสร้างโซนอุณหภูมิได้
การเคลื่อนที่ของของเหลวเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งที่ส่งผลต่อความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
เมื่อการไหลเวียนไม่ดี ของเหลวร้อนจะยังคงอยู่ใกล้เครื่องทำความร้อน ในขณะที่ของเหลวที่เย็นกว่าจะอยู่ไกลออกไป สิ่งนี้จะสร้างการไล่ระดับอุณหภูมิภายในถัง
ความสัมพันธ์การถ่ายเทความร้อน-แบบง่ายคือ:
Q=hAΔT
หากการเคลื่อนที่ของของไหลรอบๆ พื้นผิวทำความร้อนลดลง ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ-hลดลงได้เช่นกัน
ระบบทำความร้อนอาจต้องใช้อุณหภูมิที่แตกต่างกันมากขึ้นเพื่อถ่ายโอนพลังงานเดียวกันเข้าไปในอ่าง
นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสารละลายเคมีที่มีความหนืดหรือถังที่มีการพาความร้อนตามธรรมชาติจำกัด
ตำแหน่งเครื่องทำความร้อนสามารถทำให้ปัญหาแย่ลงได้
เครื่องทำความร้อนที่ติดตั้งใกล้กับผนังถังมากเกินไปอาจทำให้เกิดความร้อนไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากการเคลื่อนตัวของของเหลวรอบๆ ส่วนหนึ่งของพื้นผิวที่ใช้งานถูกจำกัด
ท่อภายใน ชิ้นงาน แผ่นกั้น โครงสร้างด้านล่างของถัง- และท่อดูดหรือท่อระบายสามารถสร้างผลลัพธ์ที่คล้ายกันได้
การทบทวนการติดตั้งเชิงปฏิบัติควรตรวจสอบ:
ระยะห่างระหว่างเครื่องทำความร้อนและผนังถัง
ระยะห่างจากก้นถัง
ที่ตั้งของร้านจำหน่ายหมุนเวียน
ตำแหน่งการไหลย้อนกลับ
ท่อภายใน
พื้นที่โหลดชิ้นงาน
ตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ-
เป้าหมายไม่ใช่เพียงการวางเครื่องทำความร้อนไว้ในถัง แต่เพื่อวางโซนทำความร้อนแบบแอคทีฟซึ่งมีการแลกเปลี่ยนของเหลวเพียงพอ
อุณหภูมิ-ตำแหน่งของเซ็นเซอร์สามารถซ่อนปัญหาได้
เซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวเดียวอาจไม่ได้แสดงถึงทั้งถัง
ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ที่อยู่ใกล้กับจุดหมุนเวียนกลับสามารถตรวจจับอุณหภูมิผสมได้ดี-ในขณะที่มุมที่ห่างไกลยังคงเย็นกว่า เซ็นเซอร์ที่อยู่ในตำแหน่งใกล้เครื่องทำความร้อนมากเกินไปอาจมีปัญหาตรงกันข้ามและตรวจจับอุณหภูมิที่สูงขึ้นในพื้นที่ได้
ซึ่งอาจทำให้เกิดการหมุนเวียนของตัวทำความร้อนโดยไม่จำเป็นหรือความร้อนไม่เพียงพอในส่วนอื่น
สำหรับถังขนาดใหญ่ การวางตำแหน่งเซ็นเซอร์ควรได้รับการประเมินร่วมกับตำแหน่งของเครื่องทำความร้อนและรูปแบบการไหลเวียน จุดตรวจวัดหลายจุดอาจเหมาะสมเมื่อคาดว่าจะมีความแตกต่างของอุณหภูมิเชิงพื้นที่ที่มีนัยสำคัญ
ระยะห่างของเครื่องทำความร้อนมีความสำคัญในถังขนาดใหญ่
หลายรายการเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEสามารถให้ความร้อนแบบกระจายได้มากกว่าโซนทำความร้อนแบบเข้มข้นเพียงโซนเดียว
อย่างไรก็ตาม การเพิ่มเครื่องทำความร้อนไม่ได้ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอโดยอัตโนมัติ
หากติดตั้งเครื่องทำความร้อนหลายเครื่องใกล้กัน ความร้อนจะยังคงกระจุกตัวอยู่ในบริเวณเดียว หากเครื่องทำความร้อนอยู่ห่างจากกันเกินไป โซนร้อนและเย็นอาจแยกจากกัน
ระยะห่างควรเป็นไปตามรูปทรงของถังและการไหลเวียนของของเหลว
วัตถุประสงค์การออกแบบที่เรียบง่ายคือเพื่อกระจายโซนทำความร้อนเพื่อให้ความร้อนที่สร้างขึ้นสามารถถูกพาไปตลอดปริมาตรกระบวนการที่มีประโยชน์ แทนที่จะสะสมรอบๆ เครื่องทำความร้อนแต่ละตัว
อุณหภูมิเชิงปฏิบัติ-ตัวอย่างการทำแผนที่
พิจารณาถังเคมีตัวอย่างที่มีตำแหน่งการวัดสี่ตำแหน่ง:
| จุดวัด | อุณหภูมิที่สังเกตได้ | การตีความที่เป็นไปได้ |
|---|---|---|
| ใกล้เครื่องทำความร้อน | 68 องศา | การป้อนความร้อนในท้องถิ่นที่แข็งแกร่ง |
| ศูนย์กลางของถัง | 62 องศา | การผสมบางส่วน |
| ผนังฝั่งตรงข้าม | 57 องศา | การไหลเวียนความร้อนอ่อนแอ |
| ใกล้ทางออกถัง | 60 องศา | สภาพการไหลระดับกลาง |
หากตั้งค่าตัวควบคุมไว้ที่ 60 องศา และเซ็นเซอร์อยู่ใกล้ทางออก ระบบอาจดูเหมือนทำงานได้อย่างถูกต้องแม้ว่าถังจะมีช่วงอุณหภูมิ 57–68 องศาก็ตาม
ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดความแม่นยำของตัวควบคุมเพียงอย่างเดียวจึงไม่รับประกันความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
เงินฝากสามารถเพิ่มความต้านทานความร้อนได้
การสะสมของสารเคมีบนพื้นผิวที่ให้ความร้อนอาจทำให้การถ่ายเทความร้อนซับซ้อนยิ่งขึ้น
ชั้นที่สะสมจะทำให้เกิดความต้านทานความร้อนเพิ่มเติมระหว่างองค์ประกอบความร้อนและของเหลว เมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น เครื่องทำความร้อนอาจต้องการความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิภายใน-ถึง-ของเหลวมากขึ้นเพื่อถ่ายโอนกำลังเดียวกัน
หากคราบสกปรกไม่สม่ำเสมอ ส่วนต่างๆ ของเครื่องทำความร้อนสามารถทำงานได้ภายใต้สภาวะความร้อนที่แตกต่างกัน
การตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอและขั้นตอนการควบคุมอ่างที่เหมาะสม-จึงมีความสำคัญสำหรับกระบวนการที่เสี่ยงต่อการตกผลึก การเกิดตะกรัน หรือเกิดการสะสมทางเคมี
วิธีแก้ไขความร้อนไม่สม่ำเสมอ
การแก้ไขปัญหาควรตรวจสอบระบบระบายความร้อนทั้งหมด แทนที่จะเพิ่มกำลังเครื่องทำความร้อนทันที
การตรวจสอบที่เป็นประโยชน์ ได้แก่ :
การทำแผนที่อุณหภูมิที่ตำแหน่งถังหลายแห่ง
การวัดการไหลเวียนของของเหลวที่เกิดขึ้นจริง
การตรวจสอบสภาพพื้นผิวเครื่องทำความร้อน
การตรวจสอบระยะห่างของเครื่องทำความร้อน
การตรวจสอบเครื่องทำความร้อน-ถึง-ระยะห่างจากผนัง
การยืนยันตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ-
การเปรียบเทียบความเข้มข้นของอ่างจริงกับข้อกำหนดเฉพาะของกระบวนการ
ตรวจสอบว่าพื้นที่ทำความร้อนแบบแอคทีฟตรงกับพลังงานที่ต้องการหรือไม่
การเพิ่มพลังงานโดยไม่แก้ไขการไหลเวียนที่ไม่ดีอาจทำให้ความแตกต่างของอุณหภูมิในท้องถิ่นแย่ลงได้
สำหรับกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEการให้ความร้อนสม่ำเสมอขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างกำลัง พื้นที่ผิวแอคทีฟ การเคลื่อนที่ของของไหล รูปทรงการติดตั้ง และกลยุทธ์การควบคุม เมื่อพารามิเตอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบร่วมกัน ความแตกต่างของอุณหภูมิจะลดลงโดยไม่ต้องเพิ่มความสามารถในการทำความร้อนมากเกินไป
