Keemiatehas tellis kaks PTFE sukelsoojendit identsetele mahutitele. Ühel oli 1,5 mm PTFE ümbris. Teisel oli 2,5 mm kest. Mõlemad olid hinnatud sama võimsuse ja pinge jaoks. Kaheksateist kuud hiljem töötas õhuke{6}}kestaga kütteseade endiselt hästi. Paksu -ümbrisega küttekeha oli ebaõnnestunud-mitte läbitungimise, vaid lokaalse ülekuumenemise tõttu. Paksem kest oli lisanud piisavalt soojustakistust, et suruda pinnatemperatuur lagunemisvahemikku.
Mantli paksus on PTFE sukelküttekeha spetsifikatsioonis üks olulisemaid otsuseid ja üks kõige vähem mõistetavaid otsuseid. Paksem kest tagab pikema läbitungimistee ja parema mehaanilise vastupidavuse. Kuid see lisab ka soojustakistust, tõstes pinna temperatuuri mis tahes vattiheduse korral. Ohutu vattihedus sõltub ümbrise paksusest.
PTFE ümbrise soojustakistus
Soojus peab enne protsessivedelikku jõudmist läbima PTFE kesta. Mantli soojustakistus on võrdeline selle paksusega ja pöördvõrdeline soojusjuhtivusega. PTFE puhul 0,25 W/m·K korral lisab 1,5 mm ümbris temperatuuri langust ligikaudu 6 kraadi võrra 1,0 W/cm² juures. 2,5 mm ümbris lisab umbes 10 kraadi. 3,5 mm ümbris lisab umbes 14 kraadi.
Need temperatuurilangused suurendavad konvektiivset langust pinnal ja sisemisi langusi üle täiteaine ja metallkesta. Kogu pinna---vahe määrab polümeeri tegeliku töötemperatuuri.
| Katte paksus | Soojustakistus | Pinna ΔT 1,0 W/cm² juures | Pinna ΔT 1,5 W/cm² juures | Suhteline läbitungimistee |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Madal | 4 kraadi | 6 kraadi | Lühike |
| 1,5 mm | Mõõdukas | 6 kraadi | 9 kraadi | Mõõdukas |
| 2,0 mm | Mõõdukas – kõrge | 8 kraadi | 12 kraadi | Pikk |
| 2,5 mm | Kõrge | 10 kraadi | 15 kraadi | Pikemalt |
| 3,0 mm | Väga kõrge | 12 kraadi | 18 kraadi | Pikim |
Soojustakistus ja läbitungimistee tavapäraste PTFE kestade paksuste jaoks
Miks ohutu vattide tihedus väheneb, kui ümbrise paksus suureneb?
Ohutu vattihedus on vattihedus, mis hoiab pinnatemperatuuri polümeeri jaoks ohutus vahemikus. Kui ümbrise paksus suureneb, suureneb soojustakistus, mistõttu pinna temperatuur tõuseb iga antud vattiheduse korral. Pinna temperatuuri hoidmiseks ohutus vahemikus tuleb vattihedust vähendada.
1,5 mm ümbrise puhul 60 kraadises vannis võib vati tihedus 1,4 W/cm² hoida pinnatemperatuuri alla 100 kraadi. Samas vannis oleva 2,5 mm kesta puhul langeb ohutu vattihedus 1,0–1,2 W/cm². Paksem kest vajab sama pinnatemperatuuri saavutamiseks väiksemat vattihedust.
| Katte paksus | Pinna maksimaalne vattihedus<100°C | Pinna maksimaalne vattihedus<110°C | Pinna maksimaalne vattihedus<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,8 W/cm² | 2,0 W/cm² | 2,2 W/cm² |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² |
Maksimaalne vattihedus erinevate ümbrisepaksuste ja pinnatemperatuuri piirangute korral
Kauba{0}}vastupidavuse ja soojusülekande vahel
Paksem kest tagab parema mehaanilise vastupidavuse ja pikema läbitungimise. Kuid see nõuab ka väiksemat vattihedust, mis tähendab sama võimsuse puhul rohkem pinda. Kütteseade muutub suuremaks ja kallimaks.
Optimaalne ümbrise paksus sõltub rakendusest. Kergeks tööks tagab õhuke kest (1,0–1,5 mm) piisava vastupidavuse ja võimaldab suuremat vattihedust. Agressiivseks kasutamiseks tagab paksem kest (2,0–3,0 mm) parema keemilise vastupidavuse, kuid nõuab väiksemat vattihedust ja suuremat küttekeha.
| Teeninduse seisukord | Soovitatav ümbrise paksus | Max vattihedus | Küttekeha suhteline suurus |
|---|---|---|---|
| kerge,<60°C, clean fluids | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,8 W/cm² | Kompaktne |
| Mõõdukas, 60–70 kraadi | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | Mõõdukas |
| Agressiivne, 70–80 kraadi | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | Suurem |
| Väga agressiivne, 80–90 kraadi | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | Suurim |
| HF või kõrge{0}}tempe teenus | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | Väga suur |
Soovitused ümbrise paksuse ja vattiheduse kohta vastavalt kasutustingimustele
Katte paksuse ja vattide tiheduse sobitamine
Mantli paksus ja vattide tihedus tuleb valida koos. Suure vattihedusega paks kest tekitab lubamatult kõrge pinnatemperatuuri. Madala vattihedusega õhuke kest on termiliselt tõhus, kuid ei pruugi agressiivses keemias tagada piisavat läbitungimiskindlust.
Praktiline lähenemine on valida esmalt ümbrise paksus, lähtudes keemiast ja temperatuurist, seejärel valida vattihedus, mis hoiab pinnatemperatuuri selle paksuse jaoks ohutus vahemikus. 2,5 mm kest võimsusega 1,0 W/cm² võib töötada samal pinnatemperatuuril kui 1,5 mm ümbris 1,4 W/cm² juures, kuid paksem kest tagab parema läbitungimiskindluse ja mehaanilise vastupidavuse.
Kui standardpaksusest ei piisa
Mõned rakendused nõuavad ümbrise paksust või vattiheduse kombinatsioone, mida tavalised kütteseadmed ei paku. Kõrgendatud temperatuuril väga agressiivse keemiaga paak võib vajada 3,0 mm kesta 0,8 W/cm² -kombinatsiooni, mis nõuab suurt pinda ja kohandatud konfiguratsiooni.
Kohandatud PTFE sukelsoojendi konfiguratsioon võimaldab ümbrise paksust ja vattihedust konkreetse rakenduse jaoks optimeerida. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab vanni keemiat, töötemperatuuri, mehaanilisi ohutegureid ja nõutavat võimsust. Nõudlike rakendustega rajatiste puhul tasakaalustab see lähenemisviis vastupidavuse ja soojusülekande täpsemini kui standardse tootevalikuga.
22
Milline PTFE sukelsoojendi suurus sobib 400 mm sügavloputuspaagiga?
PCB kauplus vajas 400 mm sügavuse loputuspaagi jaoks asendust PTFE sukelsoojendit. Paak oli 900 mm lai ja 1500 mm pikk, töömahuga ligikaudu 480 liitrit. Olemasolev kütteseade oli olnud tavaline sirge seade, mis ulatus vedelikujoonest kõrgemale ja oli 11 kuu pärast rikkis. Hooldusmeeskond vajas kütteseadet, mis sobiks madalasse paaki, säilitaks täieliku sukeldumise ja annaks vajaliku võimsuse ohutu vattihedusega.
Madalad mahutid kujutavad endast PTFE-sukelsoojendite jaoks spetsiifilist disaini väljakutset. Küttekeha kasutatav kõrgus on piiratud, seega peab küttekeha kasutama L-- või U--kujulist konfiguratsiooni, et pakkuda madala vattiheduse korral piisavalt pinda.
Keelekümbluse sügavuse piirang
400 mm sügavune paak ei anna 400 mm kasutatavat küttekeha kõrgust. Vedeliku tase peab olema piisavalt kõrge, et katta toorikud, ja kütteseade peab jääma täielikult vee alla minimaalse vedelikutaseme juures. Praktikas on kasutatav köetav pikkus 400 mm sügavuses paagis sõltuvalt vabapardast ja taseme kõikumisest 200–280 mm.
250 mm soojendusega sirge küttekeha annab 250 mm soojendusega pikkust. 4 kW töövõimsusel 1,0 W/cm² on nõutav pindala 4000 cm². 32 mm ümbrise läbimõõduga on pindala ligikaudu 100 cm² 100 mm pikkuse kohta. 250 mm soojendusega pikkus tagab vaid 250 cm²{14}}nõudmisest palju vähem.
| Paagi sügavus | Kasutatav soojendusega pikkus | Pinnaala 32 mm kesta juures | Pinnaala 50 mm kesta juures | Küttega Pikkus Vajalik 4000 cm² jaoks |
|---|---|---|---|---|
| 300 mm | 150-200 mm | 150-200 cm² | 236–314 cm² | 2000–2667 mm |
| 400 mm | 200-280 mm | 200–280 cm² | 314–440 cm² | 1429–2000 mm |
| 500 mm | 300-350 mm | 300–350 cm² | 471–550 cm² | 1143–1333 mm |
| 600 mm | 350–450 mm | 350–450 cm² | 550–707 cm² | 889–1 143 mm |
Nõuded kuumutatud pikkusele ja pindalale 4 kW võimsusel 1,0 W/cm²
L-- või U--kujuline küttekeha lahendus
L-- või U--kujuline PTFE-sukelkütteseade painutab kuumutatud elemendi, et mahutada rohkem pinda madalasse paaki. Tüüpiline L--kujuline 250 mm vertikaalse ja 750 mm horisontaalse sektsiooniga kütteseade tagab samal paagi sügavusel 1000 mm pikkuse -neli korda pikema kui sirge küttekeha.
32 mm läbimõõduga ümbrise korral annab 1000 mm kuumutatud pikkus ligikaudu 1000 cm² pinda. See jääb ikkagi alla 4000 cm², mis on vajalik 4 kW tööks 1,0 W/cm² juures. Vaja on suuremat ümbrise läbimõõtu või{11}}mitmekäigulist konfiguratsiooni.
| Küttekeha konfiguratsioon | Soojendusega pikkus | Pindala 32 mm juures | Pinnaala 50 mm juures | Sobib 400 mm paaki |
|---|---|---|---|---|
| Sirge, 250 mm | 250 mm | 250 cm² | 393 cm² | Jah, aga ala on ebapiisav |
| L-kujuline, 250 + 750 mm | 1000 mm | 1000 cm² | 1571 cm² | Jah |
| U-kujuline, 250 + 500 + 250 mm | 1000 mm | 1000 cm² | 1571 cm² | Jah |
| Mitm-läbikäik, 4 × 250 mm | 1000 mm | 1000 cm² | 1571 cm² | Jah |
| Mitmik{0}}käik, 8 × 250 mm | 2000 mm | 2000 cm² | 3142 cm² | Tihedalt sobiv |
Küttekeha konfiguratsioonid 400 mm sügavusele paagile
Küttekeha paigaldamine paaki
Kütteseade peab mahtuma vabasse ruumi, takistamata toorikuid või voolu. 900 × 1500 mm paagis saab küttekeha paigutada piki ühte seina, jättes tooriku riiulile keskmise mahu. L--kujuline 250 mm vertikaalse ja 750 mm horisontaalse osaga küttekeha sobib piki 1500 mm seina.
Kütteseade tuleb paigutada nii, et soojendatav sektsioon oleks minimaalsel vedelikutasemel täielikult vee all. 400 mm sügavune paak 320 mm vedelikutaseme ja 80 mm vabapardaga annab 240 mm kasulikku sügavust. Küttekeha soojendusega sektsioon tuleks paigutada paagi alumisse 200 mm kaugusele, soojenduse sektsiooni ülaosa peab olema vähemalt 40 mm allpool minimaalset vedelikutaset.
Voolu ja temperatuuri ühtlus
L--kujuline või mitme läbikäiguga küttekeha madalas paagis võib tekitada vooluvarju, kui käigud on üksteisele liiga lähedal. Käikude vaheline vedelik võib seiskuda, vähendades soojusülekannet ja tekitades kuumaid kohti. Läbipääsude vaheline kaugus peaks olema vähemalt 30–40 mm, et nende vahel oleks võimalik voolata.
Kui paagis on tsirkulatsioonipump, tuleks kütteseade paigutada nii, et vool läbiks käikude vahesid. Kui paak tugineb loomulikule konvektsioonile, tuleks kütteseade paigutada nii, et tõusev soojusvoog pääseks välja ilma, et see kinni jääks.
| Passivahe | Voolu läbipääsude vahel | Kuuma koha risk | Soovitatav rakendus |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Vaene | Kõrge | Ei soovita |
| 20-30 mm | Mõõdukas | Mõõdukas | Ainult madal vattihedus |
| 30-40 mm | Hea | Madal | Enamik rakendusi |
| >40 mm | Suurepärane | Väga madal | Suure vattihedusega või viskoossed vedelikud |
Passivahe ja selle mõju voolule ja kuumade punktide riskile
Kui tavaline kütteseade ei mahu paaki
400 mm sügavune paak 4 kW võimsusega 1,0 W/cm² nõuab mitmekäigulist kütteseadet, mida standardsed tootesarjad ei pruugi pakkuda. Kohandatud PTFE-sukelsoojendi konfiguratsioon L--kujulise või mitme läbipääsuga, 50 mm ümbrise läbimõõduga ja 30–40 mm läbipääsuvahega lahendab ruumipiirangu algpõhjuse. Spetsifikatsiooniprotsess nõuab paagi mõõtmeid, vedeliku taseme vahemikku, nõutavat võimsust, vanni keemiat ja voolutingimusi. Madalate mahutitega rajatiste puhul tagab see -rakendusspetsiifiline lähenemine saadaolevas ruumis vajaliku pindala.
