Külma terasest kinnitusvahendeid täis plaaditünn lastakse sooja happepaaki. Lahuse temperatuur langeb kohe mitu kraadi, kuna soojus voolab kiiresti metallikoormasse. Seejärel peab kütteseade taastama mitte ainult vedeliku temperatuuri, vaid ka paagi seinte, kinnitusdetailide ja sukeldatud detailide temperatuuri. Küttekeha suuruse arvutused, mis eiravad sissetulevate osade soojusmassi, põhjustavad sageli aeglaseid taastumisaegu, ebastabiilseid protsessitemperatuure ja tootmisvõimsuse vähenemist.
Väljakutse tagaPTFE-küttekeha külmade toorikute kuumenemisaegarvutused seisnevad mõistmises, et iga vanni sisenev külma metalli kilogramm käitub nagu suur termovalamu. Osad ise on külm, massiivne soojuskäsn, mis neelab protsessist energiat kuni termilise tasakaalu saavutamiseni.
Protsessipaagi soojusbilansi mõistmine
PTFE sukelsoojendi ei soojenda ainult vedelikku. Partii laadimise või käivitamise ajal tuleb soojusenergiat varustada korraga mitmele massile.
Kogu soojuskoormus sisaldab tavaliselt järgmist:
Protsessi vedelik
Paagi struktuur
Riiulid, korvid või inventar
Sukeldatud toorikud
Pidev soojuskadu ümbritsevasse keskkonda
Iga komponent neelab soojust vastavalt oma massile, materjali omadustele ja temperatuuritõusu nõudele.
Kütteseade peab andma piisavalt energiat, et tõsta kõik need elemendid nende algtemperatuurilt lõpliku töötemperatuurini soovitud kütteperioodi jooksul.
Miks külmad toorikud domineerivad soojuskoormuse üle?
Paljude galvaniseerimise, anodeerimise ja keemilise töötlemise operatsioonide puhul esindavad toorikud ise suurimat mahutisse sisenevat soojusmassi.
Teraskomponendid on eriti olulised, kuna need ühendavad:
Kõrge tihedusega
Suur partii mass
Mõõdukas erisoojusvõimsus
Terase erisoojus on ligikaudu:
csteel≈0,5 kJ/kg⋅Kc_{teras} \\umbes 0,5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}csteel≈0,5 kJ/kg⋅K
See tähendab, et suur kogus terast nõuab märkimisväärset soojusenergiat isegi mõõduka temperatuuritõusu jaoks.
Näiteks üks tonn 30 kraadi võrra tõstetud terast neelab ligikaudu:
Q=mcΔT=1000×0,5×30=15000 kJQ=mc\\Delta T=1000 \\times 0,5 \\times 30=15000\\ \\mathrm{kJ}Q=mcΔT=1000×0,5} kJ{{11
See energiavajadus on olemas enne, kui protsessi stabiilset temperatuuri saab isegi taastada.
Tünnide, riiulite või tihedate kinnitusdetailidega partiioperatsioonide puhul võib tooriku koormus olla võrdne vedeliku enda termilise massiga või ületada seda.
Põhiline soojusenergia võrrand
Mis tahes materjali soojendamiseks vajalikku energiat saab hinnata standardse soojusülekande suhte abil:
Q=mcΔTQ=mc\\Delta TQ=mcΔT
Kus:
Nõutav QQQ=soojusenergia
mmm=mass
ccc=erisoojusvõimsus
ΔT\\Delta TΔT=temperatuuri tõus
See arvutus tuleb teha eraldi järgmistel juhtudel:
Protsessi vedelik
Toorikud
Paagi struktuur
Kõik suured seadmed või nagid
Seejärel summeeritakse saadud energiaväärtused, et määrata kogu küttevajadus.
Vedeliku soojuskoormuse arvutamine
Protsessi vedelik esindab tavaliselt algtaseme termilist koormust.
Veepõhistel -lahendustel on suhteliselt kõrge erisoojusvõimsus, mis on lähedane:
cvesi≈4,18 kJ/kg⋅Kc_{vesi} \\umbes 4,18\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}cvesi≈4,18 kJ/kg⋅K
Kuna plaadistus- ja kemikaalipaagid sisaldavad sageli sadu või tuhandeid liitreid, võib ainuüksi vedeliku kuumutamine nõuda märkimisväärset võimsust.
Kui aga külmi metallosi lisatakse tootmise käigus korduvalt, võib tooriku koormus kiiresti muutuda samaväärseks.
Levinud rusikareegel on kogu soojuskoormuse hindamisel töö mass lihtsalt liita vedeliku massile. Kuigi see lähendus võib anda kiire esialgse hinnangu, eraldab range tehniline arvutus vedeliku ja tooriku panuse suurema täpsuse saavutamiseks, kuna materjalidel on väga erinev erisoojusvõimsus.
Kütteseadme nõutava võimsuse määramine
Kui soojusenergia koguvajadus on välja arvutatud, saab küttekeha minimaalset võimsust hinnata, jagades koguenergia soovitud kütte{0}}kütte ajaga.
Suhe on:
P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ
Kus:
PPP=nõutav küttekeha võimsus
QQQ=kogu soojusenergia
ttt=lubatud kütmisaeg-
Kui pärast külmade osade laadimist on vaja kiiret taastumist, muutub vajalikuks suurem installeeritud võimsus.
Näiteks:
Pikk taastumisperiood võimaldab küttekeha madalamat võimsust
Lühike taastumise eesmärk nõuab oluliselt suuremat võimsustihedust
See suhe on kõigi jaoks kesknePTFE-küttekeha külmade toorikute kuumenemisaegarvutused.
Paagi soojuskadude arvestus
Kütmise ajal-kaob osa kütteseadme väljundist pidevalt ümbritsevasse keskkonda.
Tüüpilised soojuskao mehhanismid hõlmavad järgmist:
Konvektsioon paagi seintelt
Aurustumine vedeliku pinnalt
Kiirgus ümbritsevasse õhku
Ventilatsiooni{0}}kaod
Kuigi need kaod on tavaliselt väiksemad kui vedeliku ja töödeldavate detailide soojendamiseks kuluv energia, aitavad need siiski kaasa kogu küttekeha nõudlusele.
Soojuskaod muutuvad olulisemaks, kui:
Soojenemisperioodid on{0}}pikad
Mahutid töötavad kõrgendatud temperatuuridel
Pindala on suur
Ventilatsiooni määr on kõrge
Isolatsioon on halb
Praktiline konstruktsiooniarvutus sisaldab tavaliselt täiendavat ohutusvaru, et kompenseerida neid jätkuvaid kadusid.
Miks vattihedus ikkagi oluline on?
Suurt küttevõimsuse vajadust ei saa lihtsalt koondada väikesesse PTFE-küttekehasse.
PTFE-l on suurepärane keemiline vastupidavus, kuid suhteliselt madal soojusjuhtivus. Liigne vattihedus võib ümbrise pinna üle kuumeneda ja küttekeha eluiga lühendada.
Isegi kui on vaja suurt võimsust, tuleb PTFE ümbrise vattiheduse piire siiski järgida.
Selle tulemusena nõuavad suured soojuskoormused sageli:
Mitu sukelkütteseadet
Pikemad küttekeha pikkused
Suurenenud ümbrise pindala
Madalama vattihedusega küttekehad
See disainilahendus jaotab soojust ohutumalt, säilitades samal ajal vastuvõetava ümbrise temperatuuri.
Kütteseadme valimisel vattiheduse piirangute eiramine võib põhjustada:
PTFE ülekuumenemine
Vähendatud küttekeha eluiga
Katte liigne temperatuur
Keemiline lagunemine küttekeha pinna lähedal
Partiitöötlemine tekitab tsüklilisi termilisi nõudeid
Pideva protsessi mahutid töötavad sageli stabiilsete{0}}olekutingimuste lähedal. Pakettoperatsioonid käituvad erinevalt.
Iga uus külmade osade koorem tekitab ajutise, kuid olulise soojushäire.
Selle häire raskusaste sõltub:
Osa mass
Materjali tüüp
Osade esialgne temperatuur
Koormussagedus
Soovitud taastumisaeg
Korduvalt kuumutatud protsessipaaki sisenev külm teras võib sundida küttekeha peaaegu -pidevalt täis-toiterežiimile.
Kui paigaldatud küttevõimsus on alamõõduline, ei pruugi protsessi temperatuur tootmistsüklite vahel kunagi täielikult taastuda.
Termilise inertsi ja tootmistõhususe vaheline seos
Termiline inerts mõjutab otseselt tootmise konsistentsi.
Aeglane temperatuuri taastumine võib mõjutada:
Plaatimise määrad
Keemilise reaktsiooni kineetika
Söövitamise jõudlus
Viskoossus
Pinnaviimistluse kvaliteet
Galvaniseerimissüsteemides võib temperatuuri ebastabiilsus mõjutada ka sademe paksuse ühtlust ja protsessi korratavust.
Seetõttu muutub küttekeha õige suurus nii soojustehnika kui ka protsessi kvaliteedi probleemiks.
Paaki siseneva töö soojusmassi tuleb käsitleda küttesüsteemi üldise disaini lahutamatu osana.
Järeldus
PTFE sukelsoojendi jaoks vajaliku kütte{0}}aja arvutamine hõlmab palju enamat kui ainult vedeliku mahu hindamist. Sukeldatud detailide mass, materjali tüüp ja algtemperatuur mõjutavad oluliselt süsteemi kogu soojusvajadust.
Külmad teraskomponendid, mille erisoojus on ligikaudu 0,5 kJ/kg·K, neelavad kuumutamisel märkimisväärset energiat ja muutuvad sageli üheks suurimaks jahutusradiaatoriks protsessipaagis. Küttekeha minimaalse võimsuse määramiseks tuleb vedeliku, paagi konstruktsiooni, kinnitusdetailide ja osade soojendamiseks vajalik koguenergia summeerida ja sobitada soovitud taastumisajaga.
Samal ajal peavad PTFE vattiheduse piirangud jääma ohutute töövahemike piiresse, mistõttu on soojuse õigeks jaotamiseks sageli vaja mitut kütteseadet või suuremaid madala{0}tihedusega konstruktsioone.
Praktilise protsessi kuumutamise projekteerimisel on vanni sisenevate osade kaal ja iseloom lahutamatud küttekeha suuruse arvutamisest endast. Selle termilise massi tähelepanuta jätmine tagab peaaegu pettumust valmistavalt aeglase protsessi reaktsiooni. See, mis paaki läheb, määrab metalli massi osas lõpuks ka selle, kui palju soojust peab ka sisse minema.
