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.
