Kemikaalide paak võib sisaldada sama kogust vedelikku, kuid käitub tootmispartiides väga erinevalt. Kemikaalide kontsentratsiooni muutused võivad muuta vedeliku tihedust, viskoossust, soojusmahtuvust ja tsirkulatsiooni. Need muutused mõjutavad otseselt seda, kuidas aPTFE sukelkütteseadekannab soojust vanni.
Kütteseadmete suurust määravate inseneride jaoks tuleks seetõttu vedeliku tihedust vaadelda koos kontsentratsiooni ja termiliste omadustega, mitte käsitleda eraldiseisva spetsifikatsioonina.
Tihedus muudab tegelikku kuumutatavat massi
Paagi mahtu väljendatakse tavaliselt liitrites või kuupmeetrites, samas kui küttearvutused sõltuvad massist.
Põhisuhe on järgmine:
m = ρV
kusmon vedel mass,ρon tihedus jaVon vedeliku maht.
Näiteks 1000 l paak, mis sisaldab lahust tihedusega 1,20 kg/l, sisaldab ligikaudu 1200 kg vedelikku.
Kui sama paak sisaldab väiksema-tihedusega lahust 1,00 kg/l, on vedeliku mass vaid umbes 1000 kg.
See erinevus mõjutab vanni temperatuuri tõstmiseks vajalikku energiahulka.
Mõistlikuks kütmiseks:
Q=mcΔT
Seetõttu võivad kaks sama mahuti mahuga vedelikku vajada erinevat kütteenergiat, kui nende tihedus ja erisoojusmaht erinevad.
Ainuüksi tihedus ei määra soojusülekannet
Levinud tehniline arusaamatus eeldab, et suurem tihedus tähendab automaatselt kehvemat või paremat soojusülekannet.
Tihedus on vaid üks osa vedeliku{0}}omaduse pildist.
Soojusülekannet PTFE sukelsoojendi ümber mõjutavad ka viskoossus, erisoojusmaht, soojusjuhtivus, vedeliku kiirus, küttekeha geomeetria ja temperatuuride erinevus.
Lihtsustatud suhe on järgmine:
Q=hAΔT
Siinhesindab efektiivset soojus{0}}ülekandetegurit jaAtähistab aktiivset küttepiirkonda.
Tihedus võib mõjutada vedeliku käitumist, kuid see ei anna otseselt selle väärtusth. Vedeliku liikumine ja viskoossus võivad olla võrdselt olulised.
Kontsentreeritud lahendused võivad koos muuta mitut omadust
Paljudes keemilistes protsessides tihedus suureneb, kui lahustunud kemikaalide kontsentratsioon suureneb. Samal ajal võib viskoossus ja erisoojusmahtuvus muutuda.
See loob kombineeritud disainiefekti.
Kontsentreeritud lahus võib sisaldada rohkem massi mahuühiku kohta, mis suurendab mõistlikku -küttekoormust. Kui ka viskoossus suureneb, võib tsirkulatsioon kütteseadme ümber muutuda vähem tõhusaks.
Tulemuseks võib olla protsess, kus sama küttekeha nimivõimsus tekitab pärast keemilise kontsentratsiooni muutumist erineva temperatuurireaktsiooni.
Sel põhjusel võivad ainult paagi mahul põhinevad küttearvutused muutuda kontsentreeritud keemiliste lahuste puhul ebatäpseks.
Miks küttekeha pind ikkagi oluline on?
Oletame, et protsess nõuab 12 kW küttevõimsust.
Väikese aktiivpinnaga kompaktne küttekeha ja suurema aktiivpinnaga pikem küttekeha võivad mõlemad anda elektriliselt 12 kW. Nende keskmine pinnasoojusvoog erineb aga.
Lihtsustatud arvutus on järgmine:
q = P/A
kusqon keskmine soojusvoog.
Mõelge kahele illustreerivale konfiguratsioonile:
| Küttekeha paigutus | Võimsus | Aktiivne küttepiirkond | Keskmine soojusvoog |
|---|---|---|---|
| Kompaktne konfiguratsioon | 12 kW | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| Jaotatud konfiguratsioon | 12 kW | 1.20 m² | 10 kW/m² |
Need väärtused on illustratiivsed ega esinda universaalseid PTFE tööpiire.
Jaotatud paigutus võib tagada väiksema keskmise pinnasoojusvoo, kuid tegelik jõudlus sõltub siiski tsirkulatsioonist, paigaldusgeomeetriast, vanni keemiast ja küttekeha konstruktsioonist.
Piiravaks teguriks võib saada vedeliku liikumine
Kui tihe või viskoosne keemiline lahus liigub aeglaselt, võib kuumus koguneda kerise pinna ümber kiiremini, kui see kandub ümbritsevasse vanni.
See võib tekitada lokaalse temperatuurierinevuse vahetult küttekeha ümbritseva vedeliku ja lahtise lahuse vahel.
Paagi temperatuuriandur võib siiski näidata soovitud keskmist temperatuuri, kui küttekeha pind kogeb oluliselt erinevaid tingimusi.
Seetõttu tuleks mehaanilist segamist, pumba ringlust, küttekeha vahekaugust ja paigalduskohta hinnata koos.
Suurte keemiapaakide puhul võib küttetsoonide jaotamine samuti aidata vältida soojuskoormuse koondumist ühte piirkonda.
Kütteaja{0}}arvutustesse tuleks lisada tihedus
Vaatleme illustreerivat 1500 L keemilist lahust tihedusega 1,15 kg/L. Ligikaudne vedeliku mass on:
m=1.15 × 1,500=1,725 kg
Kui erisoojusmahtuvuseks eeldatakse 3,2 kJ/(kg·K) ja vajalikuks temperatuuritõusuks 30 kraadi:
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
See võrdub ligikaudu 46 kWh mõistliku kütteenergiaga.
20 kW küttekeha nõuaks ideaalsetes tingimustes teoreetiliselt umbes 2,3 tundi. Tegelik kütteaeg oleks pikem, sest energiat kulutavad ka paagi seinad, torustik, toorikud, aurustumine ja keskkonnasoojuskaod.
Arvutus näitab, miks tuleks soojusvõimsuse hindamisel arvesse võtta tihedust ja erisoojusvõimsust.
Milliseid andmeid tuleks küttekeha valimiseks esitada?
Keemilise protsessi jaoks, kasutades aPTFE sukelkütteseade, kasulik teave vedeliku kohta sisaldab järgmist:
Vedeliku tihedus või erikaal
Keemiline kontsentratsioon
Erisoojusvõimsus
Viskoossus
Soojusjuhtivus, kui see on saadaval
Töötemperatuuri vahemik
Nõutav küttekiirus
Tsirkulatsiooni- või segamismeetod
Normaalne ja minimaalne vedeliku tase
Paagi mõõtmed
Seetõttu on tihedust kõige parem käsitleda osana laiemast soojus-{0}}omaduste profiilist.
Kui tihedus muutub keemilise kontsentratsiooniga oluliselt, tuleks küttekeha suurust kontrollida tegeliku töövahemiku ulatuses, mitte ühe nominaalse seisukorra alusel. Vedeliku omaduste kombineerimine küttepinna, voolujaotuse, tsirkulatsiooni ja paagi geomeetriaga annab usaldusväärsema aluse PTFE-sukelküttekeha valikule ja kohandatud tööstusdisainile.
