เหตุใดการไหลเวียนของของเหลวจึงมีความสำคัญรอบ ๆ เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE

ถังเคมีสามารถมีพลังงานความร้อนเพียงพอและยังคงประสบปัญหาเพื่อให้ได้อุณหภูมิกระบวนการที่สม่ำเสมอ สาเหตุทั่วไปคือการไหลเวียนของของเหลวรอบๆ ไม่เพียงพอเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE.

เมื่อของเหลวที่ให้ความร้อนยังคงอยู่ใกล้กับพื้นผิวเครื่องทำความร้อนแทนที่จะเคลื่อนที่ผ่านถัง การไล่ระดับของอุณหภูมิจะพัฒนาขึ้น ตัวควบคุมอาจรายงานอุณหภูมิเป้าหมายในขณะที่บริเวณที่เย็นกว่ายังคงอยู่ที่อื่นในถังกระบวนการ

สำหรับอุปกรณ์เคมี การเลือกเครื่องทำความร้อนและการเคลื่อนตัวของของเหลวจึงควรถือเป็นปัญหาการออกแบบการระบายความร้อนปัญหาหนึ่ง-

ความร้อนจะต้องย้ายออกไปจากเครื่องทำความร้อน

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนที่พื้นผิวที่ทำงานอยู่ ของเหลวที่อยู่รอบๆ จะต้องพาความร้อนนั้นออกไป

ความสัมพันธ์การถ่ายเทความร้อน-แบบง่ายคือ:

Q=hAΔT

ที่ไหนQถูกถ่ายเทความร้อนhคือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ-Aคือพื้นที่ผิวทำความร้อน และΔTคือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวทำความร้อนและของเหลวโดยรอบ

การไหลเวียนของของเหลวส่งผลต่อh. เมื่อการไหลรอบเครื่องทำความร้อนอ่อน ชั้นขอบเขตความร้อนอาจหนาขึ้น และการถ่ายเทความร้อนอาจมีประสิทธิภาพน้อยลง

เครื่องทำความร้อนอาจยังคงใช้พลังงานไฟฟ้าตามที่คาดหวัง แต่การกระจายอุณหภูมิภายในถังอาจไม่เท่ากัน

การพาความร้อนตามธรรมชาตินั้นไม่เพียงพอเสมอไป

เมื่อของเหลวที่อยู่ใกล้เครื่องทำความร้อนอุ่นขึ้น ความหนาแน่นของของเหลวอาจเปลี่ยนแปลงและอาจเกิดการพาความร้อนตามธรรมชาติ ซึ่งสามารถสร้างการไหลเวียนโดยไม่ต้องใช้ปั๊ม

อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของการพาความร้อนตามธรรมชาติขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลว ความแตกต่างของอุณหภูมิ รูปทรงของถัง การวางแนวเครื่องทำความร้อน และความหนืด

ของเหลวที่มีความหนืดต่ำ-ในถังน้ำลึกอาจไหลเวียนได้ค่อนข้างง่าย สารละลายเคมีเข้มข้นหรือมีความหนืดอาจมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป

นี่คือสาเหตุที่เครื่องทำความร้อนที่ทำงานได้ดีในอ่างเคมีแห่งหนึ่งไม่สามารถคาดหวังได้โดยอัตโนมัติว่าจะให้อุณหภูมิที่สม่ำเสมอเท่ากันในอีกอ่างหนึ่งที่มีคุณสมบัติของของไหลต่างกัน

การไหลเวียนทางกลเปลี่ยนสภาพแวดล้อมทางความร้อน

ปั๊ม เครื่องกวน และการไหลของกระบวนการสามารถเพิ่มการเคลื่อนที่ของของเหลวรอบๆ พื้นผิวทำความร้อนได้อย่างมาก

การพิจารณาที่สำคัญไม่ได้เป็นเพียงอัตราการไหลของปั๊มที่ระบุเท่านั้น ทิศทางการไหลและความเร็วรอบเครื่องทำความร้อนก็มีความสำคัญเช่นกัน

ตัวอย่างเช่น เส้นกลับอาจสร้างการไหลเวียนที่แข็งแกร่งใกล้ด้านหนึ่งของถังในขณะที่ปล่อยให้ด้านตรงข้ามค่อนข้างนิ่ง

ในทำนองเดียวกัน เครื่องทำความร้อนที่ติดตั้งโดยตรงด้านหน้ากระแสระบายที่แรงอาจมีสภาวะการถ่ายเทความร้อน-ที่แตกต่างกันมากจากเครื่องทำความร้อนอื่นที่อยู่ในมุม-การไหลต่ำ

ดังนั้นควรประเมินตำแหน่งเครื่องทำความร้อนร่วมกับรูปแบบการหมุนเวียน

ตำแหน่งเครื่องทำความร้อนอาจส่งผลต่อการไหลเวียน

A เครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEการติดตั้งใกล้กับผนังถังมากเกินไปอาจทำให้ของเหลวเคลื่อนไปรอบๆ ส่วนของพื้นผิวทำความร้อนได้

ท่อภายในและส่วนประกอบโครงสร้างสามารถสร้างจุดบอดที่คล้ายกันได้

สำหรับถังขนาดกะทัดรัด ควรตรวจสอบหลายมิติ:

เครื่องทำความร้อน-ถึง-ระยะห่างจากผนัง

เครื่องทำความร้อน-ถึง-ระยะห่างด้านล่าง

ระยะห่างจากท่อภายใน

ระยะห่างจากช่องทางหมุนเวียน

ระยะห่างจากพื้นที่โหลดชิ้นงาน

การวางแนวของส่วนการทำความร้อนแบบแอคทีฟ

เป้าหมายคือเพื่อรักษาการแลกเปลี่ยนของเหลวอย่างเพียงพอรอบๆ พื้นผิวที่ใช้งาน โดยไม่สร้างข้อจำกัดในการไหลที่ไม่จำเป็น

พื้นที่ทำความร้อนและการไหลเวียนทำงานร่วมกัน

พิจารณาข้อกำหนดด้านความร้อนขนาด 12 กิโลวัตต์ที่เป็นภาพประกอบ

ฟลักซ์ความร้อนเฉลี่ยคำนวณจาก:

q = P/A

ตัวเลขเหล่านี้เป็นเพียงภาพประกอบมากกว่าขีดจำกัดการปฏิบัติงานสากล

การเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าเหตุใดกำลังเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถอธิบายประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้ กำลังไฟฟ้า 12 กิโลวัตต์เดียวกันสามารถสร้างสภาวะการทำงานที่แตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับพื้นที่ทำความร้อนและการเคลื่อนที่ของของเหลว

การไหลเวียนไม่ดีอาจทำให้การควบคุมอุณหภูมิผิดเพี้ยนได้

สมมติว่าเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิอยู่ในตำแหน่ง-ส่วนที่ผสมกันของถัง ในขณะที่เครื่องทำความร้อนอยู่ในบริเวณที่มีการไหลต่ำ-

เซ็นเซอร์อาจถึงอุณหภูมิเป้าหมายอย่างช้าๆ ทำให้ตัวควบคุมคงความร้อนไว้ได้นานขึ้น ในขณะเดียวกัน ของเหลวที่อยู่รอบๆ เครื่องทำความร้อนอาจร้อนกว่าอุณหภูมิรวมที่วัดได้อย่างมาก

สถานการณ์ตรงกันข้ามยังสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเซ็นเซอร์ตั้งอยู่ใกล้กับเส้นทางการไหลเวียนที่รุนแรง ในขณะที่บริเวณอื่นยังคงผสมปนเปกันไม่ดี

การทำแผนที่อุณหภูมิในหลายจุดสามารถช่วยระบุสภาวะเหล่านี้ระหว่างการทดสอบเดินเครื่องได้

ความหนืดทำให้การไหลเวียนมีความสำคัญมากขึ้น

ความเข้มข้นของสารเคมีอาจส่งผลต่อความหนืด เมื่อความหนืดเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของของไหลอาจทำได้ยากขึ้น และการพาความร้อนตามธรรมชาติจะลดลง

สิ่งนี้สามารถเพิ่มความสำคัญของการไหลเวียนทางกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องใช้พลังงานความร้อนจำนวนมาก

กระบวนการที่มีความหนืดสูงจึงไม่ควรกำหนดขนาดโดยใช้น้ำ-เหมือนกับสมมติฐานการไหลเวียนโดยไม่ตรวจสอบคุณสมบัติของของเหลวที่แท้จริง

การออกแบบเชิงความร้อนควรคำนึงถึงความหนาแน่น ความหนืด ความจุความร้อนจำเพาะ อุณหภูมิในการทำงาน และวิธีการหมุนเวียนร่วมกัน

วิธีการประเมินการไหลเวียนระหว่างการคัดเลือก

คำถามเชิงปฏิบัติหลายข้อสามารถรวมอยู่ในข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ได้:

อัตราการไหลของกระบวนการปกติคือเท่าใด?

ของเหลวเข้าและออกจากถังที่ไหน?

สามารถใช้การกวนเชิงกลได้หรือไม่?

บริเวณใดของถังที่มีการไหลเวียนไม่ดี?

จะติดตั้งเครื่องทำความร้อนที่ไหน?

จะวัดอุณหภูมิได้ที่ไหน?

ความหนืดเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามอุณหภูมิหรือความเข้มข้นหรือไม่?

รายละเอียดเหล่านี้ช่วยพิจารณาว่าโซนทำความร้อนแบบกระจายหนึ่งโซนหรือโซนเล็ก ๆ หลายแห่งมีความเหมาะสมมากกว่า

ควรพิจารณาการไหลเวียนก่อนที่จะเพิ่มพลัง

หากถังมีความสม่ำเสมอของอุณหภูมิต่ำ เพียงเพิ่มกำลังไฟของเครื่องทำความร้อนก็สามารถเพิ่มภาระความร้อนเฉพาะจุดได้โดยไม่ต้องแก้ปัญหาการไหลเวียนที่ซ่อนอยู่

วิธีที่ดีกว่าคือการตรวจสอบพื้นที่พื้นผิวที่ให้ความร้อน ตำแหน่งเครื่องทำความร้อน ทิศทางการไหล ตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ- และคุณสมบัติของของเหลวร่วมกัน

สำหรับกเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFEการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่กับอินพุตมากกว่าทางไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของของเหลวที่เพียงพอจะช่วยส่งความร้อนจากพื้นผิว PTFE เข้าสู่ปริมาตรกระบวนการ และรองรับอุณหภูมิอ่างที่สม่ำเสมอมากขึ้น

เมื่อการไหลเวียนมีจำกัด รูปทรงของถังไม่สม่ำเสมอ หรือสารละลายเคมีมีความหนืดสูง การจัดเรียงเครื่องทำความร้อนแบบกำหนดเองสามารถพัฒนาตามรูปแบบการไหลจริง พื้นที่ให้ความร้อนแบบแอคทีฟ ความลึกของการแช่ และอุณหภูมิกระบวนการที่ต้องการ