Et kjemisk anlegg erstattet en PTFE-dyppeovn i et pletteringsbad etter ni måneders bruk. Den samme varmeapparatmodellen hadde holdt seg i fire år i en lignende tank på et annet anlegg. Forskjellen var konsentrasjonen av oppløste faste stoffer. Den mislykkede installasjonen kjørte et bad med 350 g/L oppløste salter, mens den vellykkede installasjonen kjørte på 120 g/L. Den høyere faststoffkonsentrasjonen hadde økt viskositeten og redusert den termiske ledningsevnen til væsken, og senket den sikre watttettheten.
Oppløste faste stoffer påvirker varmeoverføringen på to måter. De øker viskositeten til væsken, som fortykker det termiske grenselaget ved varmeoverflaten. De reduserer også den termiske ledningsevnen til væsken, noe som senker hastigheten der varme beveger seg gjennom væsken. Den kombinerte effekten er en lavere konvektiv varmeoverføringskoeffisient og en høyere varmeoverflatetemperatur for en gitt watttetthet.
Hvordan oppløste faste stoffer endrer væskeegenskaper
Når konsentrasjonen av oppløste faste stoffer øker, blir væsken mer viskøs og mindre varmeledende. Viskositetsøkningen er omtrent lineær med konsentrasjon for de fleste salter. Nedgangen i termisk ledningsevne er mindre, men fortsatt målbar.
Et pletteringsbad med 300 g/L oppløste salter kan ha en viskositet to til tre ganger den for vann ved samme temperatur. Den termiske ledningsevnen kan være 10–15 % lavere. Den konvektive varmeoverføringskoeffisienten, som avhenger av begge egenskapene, kan være 25–40 % lavere enn vann.
| Oppløste faste stoffer | Relativ viskositet | Relativ termisk ledningsevne | Konvektiv koeffisient vs. vann | Sikker watttetthet |
|---|---|---|---|---|
| <50 g/L | 1.0–1.1× | 0.98–1.0× | 0.9–1.0× | 1,4–1,6 W/cm² |
| 50–150 g/L | 1.1–1.4× | 0.95–0.98× | 0.75–0.90× | 1,2–1,4 W/cm² |
| 150–250 g/L | 1.4–1.8× | 0.92–0.95× | 0.60–0.75× | 1,0–1,2 W/cm² |
| 250–350 g/L | 1.8–2.5× | 0.88–0.92× | 0.45–0.60× | 0,8–1,0 W/cm² |
| >350 g/L | >2.5× | <0.88× | <0.45× | 0,6–0,8 W/cm² |
Konsentrasjon av oppløste faste stoffer og dens effekt på væskeegenskaper og sikker watttetthet
Hvorfor den samme varmeapparatmodellen mislykkes ved høye faste stoffer
En varmeovn som opererer med 1,2 W/cm² i et bad med lavt-fast stoff kan ha en overflatetemperatur på 15–18 grader over bulkvæsken. Den samme varmeren i et bad med høye-faststoffer kan ha en overflatetemperatur på 25–35 grader over bulken. Den høyere overflatetemperaturen akselererer permeasjon, oksidasjon og avleiring av avleiring.
Den høyere overflatetemperaturen øker også drivkraften for avsetning. Oppløste salter som er nær metning ved bulktemperaturen kan overstige metningen ved varmeapparatets overflate. De feller ut på overflaten og danner et avleiringslag som gir termisk motstand og øker overflatetemperaturen ytterligere.
Praktiske grenser for watttetthet for bad med høye-faste stoffer
For bad med oppløste faste stoffer over 250 g/L er den sikre watttettheten 0,8–1,0 W/cm² under moderat agiterte forhold. For bad over 350 g/L synker grensen til 0,6–0,8 W/cm². Disse verdiene antar en temperaturgrense på varmeovnens overflate på 100–110 grader.
| Oppløste faste stoffer | Temperatur | Sikker watttetthet | Overflateareal for 5 kW | Forventet levetid |
|---|---|---|---|---|
| <100 g/L | 60 grader | 1,4 W/cm² | 3571 cm² | 4–6 år |
| 100–200 g/L | 60 grader | 1,2 W/cm² | 4167 cm² | 3–4 år |
| 200–300 g/L | 60 grader | 1,0 W/cm² | 5000 cm² | 2–3 år |
| 300–400 g/L | 60 grader | 0,8 W/cm² | 6250 cm² | 18–30 måneder |
| >400 g/L | 60 grader | 0,6 W/cm² | 8333 cm² | 12–24 måneder |
Sikker watttetthet og krav til overflateareal ved konsentrasjon av oppløste faste stoffer
Måling av oppløste faste stoffer
Konsentrasjonen av oppløste faste stoffer kan måles ved å fordampe en prøve av badet og veie resten. Målingen bør utføres ved driftstemperatur eller korrigeres til driftstemperatur.
En konduktivitetsmåler gir et raskt estimat av oppløste faste stoffer. Konduktiviteten korrelerer med konsentrasjonen for de fleste pletteringsbad. Forholdet bør kalibreres for den spesifikke badkjemien.
Når standardvarmere ikke kan oppfylle kravene til watttetthet
Bad med høye-faste plettering med høye effektkrav og begrenset perifer plass kan ofte ikke romme standard PTFE-dyppevarmere med de lave watttetthetene som kjemien krever. En spesialtilpasset PTFE-dykkvarmerkonfigurasjon med et stort overflateareal, en lav watttetthet og en strømnings-optimalisert posisjon adresserer årsaken til misforhold i watttettheten. Spesifikasjonsprosessen krever konsentrasjon av oppløste faste stoffer, driftstemperatur, tankdimensjoner, strømningsforhold og nødvendig effekt. For anlegg med bad med høye-faste stoffer, reduserer denne applikasjons-spesifikke tilnærmingen nedbrytning av belegget og forlenger levetiden til varmeapparatet.
