Kjemiske løsninger med høy-viskositet skaper et annet oppvarmingsproblem enn bad med lav-viskositet. Varmeren kan nå den nødvendige elektriske effekten, men tanken kan fortsatt vise langsom temperaturgjenvinning eller sterke temperaturforskjeller mellom varmeapparatet og resten av væsken.
For enPTFE el-patron, viskositet påvirker hvor effektivt varmen beveger seg bort fra varmeoverflaten. Varmeeffekt, aktivt overflateareal, sirkulasjon, installasjonsposisjon og tankgeometri må derfor vurderes sammen.
Hvorfor viskositet endrer varmeytelse
Når en væske blir mer viskøs, øker dens motstand mot strømning. Naturlig konveksjon kan bli svakere, mens sirkulasjonen fra pumper eller agitatorer også kan bli mindre effektiv.
Varmeoverføring fra en el-patron kan forenkles som:
Q=haΔT
hvorQoverføres varme,her den effektive-varmeoverføringskoeffisienten,Aer aktivt oppvarmingsområde, ogΔTer temperaturforskjellen mellom varmeoverflaten og omgivende væske.
Når væskebevegelse rundt varmeren er begrenset,hkan reduseres. Mer temperaturforskjell kan da være nødvendig for å overføre samme mengde varme.
Høy viskositet kan skape et varmt lag rundt varmeren
En løsning med høy-viskositet kan bevege seg sakte bort fra varmeapparatets overflate.
Væsken som omgir varmeren kan derfor bli betydelig varmere enn bulkløsningen.
Dette skaper to problemer.
Den første er temperaturujevnhet-. Den andre er økt termisk belastning på varmeoverflaten.
En tanksensor plassert langt fra varmeren kan fortsette å vise en temperatur under målet selv om væsken umiddelbart rundt varmeoverflaten allerede er mye varmere.
Bare å øke varmeeffekten kan gjøre denne tilstanden mer alvorlig.
Oppvarming av overflateareal blir viktigere
Gjennomsnittlig varmefluks på varmeoverflaten kan estimeres med:
q = P/A
hvorPer elektrisk kraft ogAer aktivt oppvarmingsområde.
Tenk på et illustrativt varmebehov på 10 kW:
| Konfigurasjon | Makt | Aktivt oppvarmingsområde | Gjennomsnittlig varmefluks |
|---|---|---|---|
| Kompakt varmeapparat | 10 kW | 0.50 m² | 20 kW/m² |
| Middels-områdevarmer | 10 kW | 0.80 m² | 12,5 kW/m² |
| Distribuert varmeapparat | 10 kW | 1.20 m² | 8,3 kW/m² |
Disse tallene er illustrative beregninger, ikke universelle tillatte PTFE-driftsverdier.
Økende aktivt område kan fordele den samme elektriske kraften over en større overflate. Hvorvidt dette forbedrer faktisk prosessytelse avhenger av sirkulasjon, kjemiske egenskaper, varmeelementgeometri og tankdimensjoner.
Temperaturendringer kan påvirke viskositeten
Mange kjemiske væsker blir mindre viskøse når temperaturen stiger.
Dette skaper en viktig dynamikk under oppstart.
Ved begynnelsen av oppvarmingen kan løsningen være relativt tyktflytende og sirkulasjonen kan være dårlig. Når temperaturen øker, kan viskositeten reduseres og væskebevegelsen kan forbedres.
Varmesystemet kan derfor oppføre seg annerledes under oppstart og stabil-drift.
En varmeovn kun dimensjonert fra stabil-tilstand kan gi utilstrekkelig oppstartsytelse hvis startviskositeten er betydelig høyere.
Mekanisk sirkulasjon må samsvare med væsken
For løsninger med høy-viskositet kan mekanisk sirkulasjon være nødvendig for å flytte varme gjennom tanken.
Nominell pumpekapasitet alene garanterer imidlertid ikke effektiv varmeoverføring.
Strømningsveien skal nå varmesonen og transportere oppvarmet væske mot de kaldere delene av tanken.
Et sirkulasjonssystem som omgår varmeren kan ha en høy total strømningshastighet samtidig som det produserer svak lokal varmeoverføring.
Agitatorposisjon, pumpeinntak, utløpssted, interne rør og varmeapparatplassering bør derfor vurderes som et komplett system.
Varmeapparatposisjon kan redusere stillestående soner
En varmeovn installert i et hjørne eller nær en tankvegg kan oppleve svak væskeutveksling.
For viskøse løsninger kan dette problemet være mer uttalt.
Den aktive varmeflaten bør ideelt sett plasseres der sirkulasjonen når varmeren fra flere retninger eller hvor prosessstrømmen med hensikt rettes over varmesonen.
Klaring fra tankbunnen og veggene bør også ta hensyn til sediment, avleiringer og vedlikeholdstilgang.
Oppvarmingstid kan estimeres fra væskeegenskaper
Anta at en illustrativ tank inneholder 600 kg av en kjemisk løsning med høy-viskositet med en spesifikk varmekapasitet på 2,8 kJ/(kg·K). Den nødvendige temperaturøkningen er 40 grader.
Den fornuftige oppvarmingsenergien er:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Dette tilsvarer ca. 18,7 kWh.
Med en varmeovn på 12 kW vil den ideelle fornuftige-oppvarmingstiden være omtrent:
18,7 ÷ 12=1.56 timer
Faktisk oppvarmingstid vil være lengre på grunn av tankens varmetap, rør, fordampning, belastning av arbeidsstykket og andre termiske effekter.
Eksemplet viser også hvorfor valg av varmeapparat bør bruke den faktiske spesifikke varmekapasiteten til den kjemiske løsningen i stedet for å anta vannegenskaper.
Strøm bør matche den faktiske varme-overføringstilstanden
For bad med høy-viskositet kan det å velge en varmeovn med overdreven kraft skape et vanskelig termisk miljø.
En bedre tilnærming er å balansere:
Nødvendig oppvarmingshastighet
Aktivt oppvarmingsområde
Gjennomsnittlig varmefluks
Sirkulasjonskapasitet
Badets viskositet
Driftstemperatur
Tankgeometri
Krav til ensartet temperatur
Målet er ikke bare maksimal varmeeffekt. Det nyttige målet er tilstrekkelig varmeoverføring uten overdreven lokal termisk konsentrasjon.
Hvilken informasjon bør inkluderes i innkjøp?
En kjemisk applikasjon med høy-viskositet bør gi:
Kjemisk sammensetning
Viskositet ved oppstartstemperatur
Viskositet ved driftstemperatur
Spesifikk varmekapasitet
Tetthet
Måltemperatur
Nødvendig oppvarmingstid
Tankdimensjoner
Sirkulasjonsmetode
Minimum væskenivå
Nødvendig varmeeffekt
Tilgjengelig strømforsyning
Denne informasjonen tillater enPTFE el-patronå være utformet rundt den faktiske væskeatferden i stedet for en forenklet vann-basert antagelse.
For spesielt tyktflytende løsninger, begrenset sirkulasjon, dype tanker eller store varmebelastninger, kan tilpasset oppvarmingsoverflate og varmeelementgeometri gi bedre termisk fordeling. Den endelige konfigurasjonen bør balansere varmefluks, sirkulasjon, nedsenkingsdybde og prosesstemperatur for å oppnå stabil oppvarming i hele kjemikalietanken.
