고점도-화학 용액은 저점도 수조와는 다른 가열 문제를 발생시킵니다.- 히터는 필요한 전기 출력에 도달할 수 있지만 탱크는 여전히 느린 온도 회복을 보여주거나 히터 영역과 나머지 액체 사이에 강한 온도 차이를 보일 수 있습니다.
에 대한PTFE 침지 히터, 점도는 열이 가열 표면에서 얼마나 효율적으로 이동하는지에 영향을 미칩니다. 따라서 히터 출력, 활성 표면적, 순환, 설치 위치 및 탱크 형상을 함께 고려해야 합니다.
점도가 가열 성능을 변화시키는 이유
액체의 점성이 높아지면 흐름에 대한 저항이 증가합니다. 자연 대류는 약해질 수 있으며, 펌프나 교반기의 순환도 덜 효과적일 수 있습니다.
침지형 히터로부터의 열 전달은 다음과 같이 단순화될 수 있습니다.
Q=hAΔT
어디Q열이 전달되고,h유효 열{0}}전달 계수입니다.A활성 가열 영역이고,ΔT가열 표면과 주변 액체 사이의 온도 차이입니다.
히터 주변의 액체 이동이 제한되는 경우,h감소할 수 있습니다. 그러면 동일한 양의 열을 전달하려면 더 많은 온도 차이가 필요할 수 있습니다.
점도가 높으면 히터 주변에 뜨거운 층이 생성될 수 있음
고점도-용액은 히터 표면에서 천천히 멀어질 수 있습니다.
따라서 히터 바로 주변의 액체는 벌크 용액보다 상당히 따뜻해질 수 있습니다.
이로 인해 두 가지 문제가 발생합니다.
첫 번째는 온도 불균일-입니다. 두 번째는 히터 표면의 열부하 증가입니다.
히터에서 멀리 떨어진 곳에 위치한 탱크 센서는 가열 표면 바로 주변의 액체가 이미 훨씬 더 뜨겁더라도 계속해서 목표보다 낮은 온도를 표시할 수 있습니다.
단순히 히터 출력을 높이면 이 상태가 더욱 심각해질 수 있습니다.
가열 표면적이 더욱 중요해짐
평균 가열 표면 열유속은 다음을 통해 추정할 수 있습니다.
q = P/A
어디P전력이고A활성 난방 영역입니다.
예시적인 10kW 난방 요구 사항을 고려하십시오.
| 구성 | 힘 | 활성 가열 영역 | 평균 열유속 |
|---|---|---|---|
| 컴팩트 히터 | 10kW | 0.50 m² | 20kW/m² |
| 중-면적 히터 | 10kW | 0.80 m² | 12.5kW/m² |
| 분산히터 | 10kW | 1.20 m² | 8.3kW/m² |
이 수치는 예시적인 계산이며 보편적으로 허용되는 PTFE 작동 값이 아닙니다.
활성 영역을 늘리면 더 넓은 표면에 동일한 전력을 분배할 수 있습니다. 이것이 실제 공정 성능을 향상시키는지 여부는 순환, 화학적 특성, 히터 구조 및 탱크 크기에 따라 달라집니다.
온도 변화가 점도에 영향을 미칠 수 있음
많은 화학 액체는 온도가 상승함에 따라 점성이 낮아집니다.
이는 시작 중에 중요한 역동성을 생성합니다.
가열 초기에는 용액의 점성이 상대적으로 높을 수 있으며 순환이 좋지 않을 수 있습니다. 온도가 증가하면 점도가 감소하고 유체 이동이 향상될 수 있습니다.
따라서 난방 시스템은 시동 및 정상 상태 작동 중에 다르게 작동할 수 있습니다.-
정상 상태 조건에서만 크기가 조정된 히터는 초기 점도가 상당히 높을 경우 시동 성능이 부족할 수 있습니다.
기계적 순환은 유체와 일치해야 함
점도가 높은-용액의 경우 탱크를 통해 열을 이동시키기 위해 기계적 순환이 필요할 수 있습니다.
그러나 공칭 펌프 용량만으로는 효과적인 열 전달이 보장되지 않습니다.
흐름 경로는 가열 구역에 도달해야 하며 가열된 액체를 탱크의 더 차가운 부분으로 운반해야 합니다.
히터를 우회하는 순환 시스템은 전체 유량이 높으면서도 여전히 약한 국지적 열 전달을 생성할 수 있습니다.
따라서 교반기 위치, 펌프 입구, 배출 위치, 내부 배관 및 히터 배치를 완전한 시스템으로 평가해야 합니다.
히터 위치로 정체 구역을 줄일 수 있음
구석이나 탱크 벽 가까이에 설치된 히터는 약한 액체 교환을 경험할 수 있습니다.
점성 용액의 경우 이 문제가 더욱 두드러질 수 있습니다.
활성 가열 표면은 이상적으로 순환이 여러 방향에서 히터에 도달하거나 프로세스 흐름이 의도적으로 가열 영역을 가로질러 향하는 곳에 위치해야 합니다.
탱크 바닥과 벽으로부터의 공간은 퇴적물, 퇴적물 및 유지보수 접근도 고려해야 합니다.
유체 특성을 통해 가열 시간을 예측할 수 있습니다.
예시적인 탱크에 비열 용량이 2.8kJ/(kg·K)인 고점도 화학 용액 600kg이 들어 있다고 가정합니다. 필요한 온도 증가는 40도입니다.
현열 에너지는 다음과 같습니다.
Q=mcΔT
Q=600 × 2.8 × 40=67,200kJ
이는 약 18.7kWh에 해당합니다.
12kW 히터를 사용하는 경우 이상적인 합리적인-가열 시간은 대략 다음과 같습니다.
18.7 ¼ 12=1.56시간
탱크 열 손실, 배관, 증발, 공작물 로딩 및 기타 열 영향으로 인해 실제 가열 시간은 더 길어집니다.
또한 이 예는 히터 선택 시 물 특성을 가정하는 대신 화학 용액의 실제 비열 용량을 사용해야 하는 이유를 보여줍니다.
전력은 실제 열-전달 조건과 일치해야 합니다.
고점도-욕조의 경우 전력이 너무 높은 히터를 선택하면 열 환경이 열악해질 수 있습니다.
더 나은 접근 방식은 균형을 맞추는 것입니다.
필요한 가열 속도
활성 가열 영역
평균 열유속
순환 용량
목욕 점도
작동 온도
탱크 기하학
온도 균일성 요구 사항
목표는 단순히 최대 가열 전력이 아닙니다. 유용한 목표는 과도한 국부적 열 집중 없이 충분한 열 전달입니다.
조달에는 어떤 정보가 포함되어야 합니까?
고점도-화학물질 도포는 다음을 제공해야 합니다.
화학 성분
시작 온도에서의 점도
작동 온도에서의 점도
비열 용량
밀도
목표온도
필요한 가열 시간
탱크 치수
순환방식
최소 액체 레벨
필요한 히터 전력
사용 가능한 전기 공급
이 정보는PTFE 침지 히터단순화된 물-기반 가정이 아닌 실제 유체 거동을 중심으로 설계되었습니다.
특히 점성이 있는 솔루션, 제한된 순환, 깊은 탱크 또는 큰 가열 부하의 경우 맞춤형 가열 표면적 및 히터 기하학이 더 나은 열 분포를 제공할 수 있습니다. 최종 구성은 열유속, 순환, 침지 깊이 및 공정 온도의 균형을 이루어 화학물질 탱크 전체에서 안정적인 가열을 달성해야 합니다.
