U industrijskim hemijskim rezervoarima, ista grejna ploča može proizvesti veoma različite rezultate grejanja kada se promeni dubina tečnosti. Procesni rezervoar može održavati potrebnu prosječnu temperaturu dok gornji i donji dijelovi pokazuju primjetne temperaturne razlike.
Ovo postaje važnije u dubokim rezervoarima, hemijskim kupkama-velikih zapremina i procesima u kojima se nivo tečnosti menja tokom proizvodnje.
Za ploču za grijanje,dubina tekućine utječe na prirodnu konvekciju, temperaturnu stratifikaciju, udaljenost cirkulacije i vrijeme potrebno za distribuciju topline kroz kadu.
Zašto se Deep Liquid ne zagrijava uvijek ravnomjerno
Grejna ploča prenosi toplotu sa dna rezervoara ili druge definisane površine u procesnu tečnost.
Kako se dubina tečnosti povećava, zagrejana tečnost mora da putuje dalje pre nego što stigne do gornjeg dela rezervoara. Ako je cirkulacija slaba, temperaturna razlika između donje i gornje zone može postati značajna.
Prirodna konvekcija može pomoći jer toplija tečnost ima tendenciju podizanja dok se hladnija tečnost kreće prema dole. Međutim, viskoznost, geometrija rezervoara, unutrašnja oprema i hemijska svojstva mogu ograničiti ovo kretanje.
Duboki rezervoar stoga ne treba procenjivati samo prema ukupnoj zapremini tečnosti.
Dubina tečnosti menja obrazac cirkulacije
Za plitki rezervoar, toplota koju stvara grejna ploča može relativno brzo uticati na većinu tečnosti.
Dublji rezervoar stvara duži put cirkulacije. Grejna ploča može proizvesti vruću donju oblast dok gornja tečnost ostaje hladnija, posebno tokom pokretanja.
Ovo se često opisuje kao temperaturna stratifikacija.
Problem može postati izraženiji kada procesna tečnost ima visok viskozitet ili kada rezervoar sadrži unutrašnje komponente koje prekidaju cirkulaciju.
Prisilna cirkulacija može smanjiti ovaj efekat, ali protok pumpe bi trebao biti efikasno raspoređen po području grijanja, a ne jednostavno povećan bez uzimanja u obzir gubitka tlaka i puteva protoka.
Područje grijanja i dubina moraju se uzeti u obzir zajedno
Toplotni tok površine grijaće ploče može se izraziti kao:
q'' = Q / A
gdjeQje grejna snaga iAje aktivno grijanje.
Ploča velike-male površine-može proizvesti snažno lokalno grijanje na dnu dubokog rezervoara. Veća površina grijanja širi toplinski unos i može smanjiti temperaturnu razliku u blizini grijaće površine.
Međutim, povećanje površine ploče ne rješava automatski duboku-stratifikaciju rezervoara.
Ako gornja tečnost ima nedovoljnu cirkulaciju, čak i velika ploča za grijanje može ostaviti hladnije područje dalje od površine.
| Dubina tečnosti | Tipična distribucija toplote | Glavno ograničenje | Pogodan fokus dizajna |
|---|---|---|---|
| Plitko | Relativno kratak termički put | Moguće lokalne vruće tačke | Površinski toplotni tok |
| Umjereno | Dobar potencijal za prirodnu cirkulaciju | Obrazac toka je bitan | Površina grijanja i cirkulacija |
| Duboko | Duži put cirkulacije | Temperaturna stratifikacija | Prisilna cirkulacija |
| Varijabilna dubina | Promena termičkih uslova | Neujednačen odgovor na grijanje | Kontrola zasnovana na{0}} nivou |
| Duboka + viskozna tečnost | Slaba prirodna konvekcija | Jaka stratifikacija | Niži toplotni tok i kontrolirani protok |
Tabela pokazuje zašto dubinu tekućine treba tretirati kao termalni{0}}parametar dizajna.
Pokretanje može biti teže od stabilnog rada
Uvjeti hladnog{0}}staranja često stvaraju najveću temperaturnu razliku.
Na početku ciklusa grijanja, tekućina u blizini grijaće ploče se prva zagrije. Gornja tečnost ostaje blizu početne temperature sve dok cirkulacija ne prenese energiju prema gore.
Kako temperatura raste, neke hemijske otopine postaju manje viskozne i lakše kruže. Zbog toga se ponašanje grijanja može poboljšati nakon početnog perioda{1}}zagrijavanja.
Ploču za grijanje treba procijeniti prema potrebnom vremenu pokretanja, kao i stacionarnom{0}} radnom stanju.
Za kontinuiranu proizvodnju, treba uzeti u obzir i temperaturu ulazne tekućine jer hladno napajanje može kontinuirano odvoditi toplinu iz sistema.
Položaj senzora može sakriti stratifikaciju
Jedan temperaturni senzor možda ne predstavlja kompletan rezervoar.
Ako je senzor postavljen blizu grijaće ploče, može otkriti relativno visoku lokalnu temperaturu dok gornja zona procesa ostaje hladnija.
Ako je postavljen blizu izlaza, na očitavanje može uticati cirkulacija i povratni tok.
Za duboke hemijske rezervoare, više tačaka merenja mogu pružiti bolje informacije o vertikalnoj raspodeli temperature.
Razlika između očitavanja donje i gornje temperature može pomoći da se utvrdi da li je problem nedovoljan kapacitet grijanja ili loša distribucija topline.
PTFE grijaćim pločama je potreban uravnotežen termički dizajn
PTFE grijaće ploče mogu pružiti jaku kemijsku otpornost u mnogim korozivnim procesnim tekućinama. Međutim, PTFE ima nižu toplotnu provodljivost od običnih metala, tako da je dizajn{1}}prenosa toplote i dalje važan.
Odnos između snage grijanja, aktivne površine, debljine materijala, cirkulacije tekućine i radne temperature treba posmatrati kao kompletan sistem.
Upotreba prekomjerne električne energije za prevazilaženje duboke-temperaturne stratifikacije rezervoara može povećati lokalnu površinsku temperaturu bez rješavanja osnovnog problema cirkulacije.
Bolje rješenje može uključivati veću površinu grijanja, poboljšanu cirkulaciju ili više zona grijanja.
Kako treba vrednovati duboke rezervoare?
Proces dizajna treba da uključuje:
Normalna i minimalna dubina tečnosti
Visina rezervoara i geometrija dna
Potrebna radna temperatura
Vrijeme pokretanja grijanja
Viskozitet tečnosti pri startovanju i radnoj temperaturi
Brzina protoka cirkulacije
Hemijska koncentracija
Površina grijaće ploče i snaga
Lokacije temperaturnih senzora
Za kontinuirani proces, termičko opterećenje može se procijeniti iz:
Q=ṁCpΔT + Qloss
Ovo određuje koliko toplote mora biti isporučeno, dok analiza cirkulacije određuje koliko efikasno se ta toplota može distribuirati kroz dubinu tečnosti.
Odabir grijaće ploče za različite dubine tekućine
Dubina tečnosti ima direktan uticaj na to kako se toplota kreće kroz hemijski rezervoar. Plitki rezervoari mogu zahtevati veću pažnju na lokalni toplotni tok, dok duboki rezervoari često zahtevaju jače razmatranje vertikalne cirkulacije i temperaturne stratifikacije.
Stoga se odabire odgovarajuća grijaća ploča premadubina tečnosti, površina grejanja, gustina snage, cirkulacija, viskozitet, geometrija rezervoara i zahtevi za temperaturu proizvodnjea ne samo zapreminu rezervoara.
Za hemijske rezervoare dubokog ili promjenjivog{0}}nivoa, ovi parametri također predstavljaju osnovu za odlučivanje da li će veća ploča, raspored grijanja ili prilagođene zone grijanja omogućiti stabilniju distribuciju temperature.
