Kõrge-viskoossusega keemilised lahendused tekitavad erineva kuumutamisprobleemi kui madala-viskoossusega vannid. Küttekeha võib saavutada vajaliku elektrivõimsuse, kuid paak võib siiski näidata aeglast temperatuuri taastumist või suuri temperatuuride erinevusi küttekeha ja ülejäänud vedeliku vahel.
aPTFE sukelkütteseade, viskoossus mõjutab seda, kui tõhusalt soojus küttepinnalt eemaldub. Seetõttu tuleb küttekeha võimsust, aktiivset pinda, tsirkulatsiooni, paigaldusasendit ja paagi geomeetriat käsitleda koos.
Miks viskoossus küttejõudlust muudab?
Kui vedelik muutub viskoossemaks, suureneb selle voolutakistus. Loomulik konvektsioon võib nõrgeneda, samas kui pumpade või segistite tsirkulatsioon võib samuti muutuda vähem tõhusaks.
Sukelküttekeha soojusülekannet saab lihtsustada järgmiselt:
Q=hAΔT
kusQedastatakse soojust,hon efektiivne soojus{0}}ülekandetegur,Aon aktiivne küttepiirkond jaΔTon temperatuuri erinevus küttepinna ja ümbritseva vedeliku vahel.
Kui vedeliku liikumine kütteseadme ümber on piiratud,hvõib väheneda. Sama soojushulga ülekandmiseks võib siis vaja minna suuremat temperatuurierinevust.
Kõrge viskoossus võib tekitada küttekeha ümber kuuma kihi
Suure viskoossusega -lahus võib kerise pinnalt aeglaselt eemalduda.
Kütteseadet vahetult ümbritsev vedelik võib seetõttu muutuda tunduvalt soojemaks kui puistelahus.
See tekitab kaks probleemi.
Esimene on temperatuuri ebaühtlus{0}}. Teine on suurenenud termiline koormus küttekeha pinnal.
Küttekehast kaugel asuv paagiandur võib jätkuvalt näidata sihtmärgist madalamat temperatuuri, kuigi küttepinda vahetult ümbritsev vedelik on juba palju kuumem.
Lihtsalt küttekeha võimsuse suurendamine võib selle seisundi raskemaks muuta.
Küttepind muutub olulisemaks
Küttepinna keskmist soojusvoogu saab hinnata järgmiselt:
q = P/A
kusPon elektrienergia jaAon aktiivne küttepiirkond.
Mõelge näitlikule 10 kW küttevajadusele:
| Seadistamine | Võimsus | Aktiivne küttepiirkond | Keskmine soojusvoog |
|---|---|---|---|
| Kompaktne küttekeha | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Keskmine{0}}ala kütteseade | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Jaotatud kütteseade | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Need arvud on illustratiivsed arvutused, mitte universaalsed lubatud PTFE tööväärtused.
Aktiivse ala suurenemine võib jaotada sama elektrienergiat suuremale pinnale. See, kas see parandab protsessi tegelikku jõudlust, sõltub tsirkulatsioonist, keemilistest omadustest, küttekeha geomeetriast ja paagi mõõtmetest.
Temperatuurimuutused võivad viskoossust mõjutada
Paljud keemilised vedelikud muutuvad temperatuuri tõustes vähem viskoosseks.
See loob käivitamise ajal olulise dünaamika.
Kuumutamise alguses võib lahus olla suhteliselt viskoosne ja tsirkulatsioon halb. Temperatuuri tõustes võib viskoossus väheneda ja vedeliku liikumine paraneda.
Seetõttu võib küttesüsteem käivitumisel ja püsioleku{0}}talitlusel erinevalt käituda.
Kui kütteseade, mille suurus on ainult püsiseisundis-, võib käivitamisel olla ebapiisav, kui algne viskoossus on oluliselt kõrgem.
Mehaaniline tsirkulatsioon peab vastama vedelikule
Suure viskoossusega -lahenduste puhul võib kuumuse paagist läbi viimiseks olla vajalik mehaaniline tsirkulatsioon.
Kuid pumba nimivõimsus üksi ei taga tõhusat soojusülekannet.
Voolutee peaks jõudma küttetsooni ja transportima kuumutatud vedelikku paagi külmematesse osadesse.
Küttekehast möödasõitval tsirkulatsioonisüsteemil võib olla suur üldine voolukiirus, tekitades samas nõrga lokaalse soojusülekande.
Seetõttu tuleks segisti asendit, pumba sisselaskeava, väljalaskekohta, sisemist torustikku ja küttekeha paigutust hinnata tervikliku süsteemina.
Küttekeha asend võib vähendada seisvaid tsoone
Nurka või paagi seina lähedale paigaldatud küttekehas võib esineda nõrk vedelikuvahetus.
Viskoossete lahuste puhul võib see probleem olla rohkem väljendunud.
Aktiivne küttepind peaks ideaaljuhul asuma kohas, kus tsirkulatsioon jõuab küttekehani mitmest suunast või kus protsessi vool on tahtlikult suunatud üle küttetsooni.
Paagi põhjast ja seintest väljuv kliirens peaks arvestama ka setete, hoiuste ja hoolduse juurdepääsuga.
Kütteaega saab hinnata vedeliku omaduste põhjal
Oletame, et näitlik paak sisaldab 600 kg kõrge viskoossusega keemilist lahust, mille erisoojusmaht on 2,8 kJ/(kg·K). Nõutav temperatuuri tõus on 40 kraadi.
Mõistlik kütteenergia on:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
See võrdub ligikaudu 18,7 kWh.
12 kW küttekeha puhul oleks ideaalne mõistlik{1}}kütteaeg ligikaudu:
18,7 ÷ 12=1.56 tundi
Tegelik kuumutamisaeg pikeneb paagi soojuskao, torustiku, aurustumise, tooriku laadimise ja muude termiliste mõjude tõttu.
Näide näitab ka seda, miks peaks küttekeha valikul kasutama keemilise lahuse tegelikku soojusmahtuvust, mitte eeldama vee omadusi.
Võimsus peaks vastama tegelikule soojusülekande{0}}tingimustele
Suure viskoossusega{0}}vannide puhul võib liigse võimsusega küttekeha valimine tekitada keerulise termilise keskkonna.
Parem lähenemine on tasakaalustada:
Nõutav küttekiirus
Aktiivne küttepiirkond
Keskmine soojusvoog
Ringlusvõime
Vanni viskoossus
Töötemperatuur
Paagi geomeetria
Temperatuuri ühtluse nõue
Eesmärk ei ole lihtsalt maksimaalne küttevõimsus. Kasulik eesmärk on piisav soojusülekanne ilma liigse kohaliku termilise kontsentratsioonita.
Millist teavet tuleks hankele lisada?
Suure viskoossusega{0}}keemiline rakendus peaks tagama:
Keemiline koostis
Viskoossus käivitustemperatuuril
Viskoossus töötemperatuuril
Erisoojusvõimsus
Tihedus
Sihttemperatuur
Nõutav kütteaeg
Paagi mõõtmed
Ringluse meetod
Minimaalne vedeliku tase
Küttekeha nõutav võimsus
Olemas elektrivarustus
See teave võimaldab aPTFE sukelkütteseadeolema kavandatud lähtuma vedeliku tegelikust käitumisest, mitte lihtsustatud{0}}veepõhisest oletusest.
Eriti viskoossete lahenduste, piiratud tsirkulatsiooni, sügavate mahutite või suure küttekoormuse korral võivad kohandatud küttepinna pindala ja küttekeha geomeetria tagada parema soojusjaotuse. Lõplik konfiguratsioon peaks tasakaalustama soojusvoogu, tsirkulatsiooni, sukeldumissügavust ja protsessi temperatuuri, et saavutada stabiilne kuumutamine kogu kemikaalipaagis.
