화학물질 탱크는 동일한 양의 액체를 담을 수 있지만 생산 배치마다 매우 다르게 작동합니다. 화학물질 농도의 변화는 액체 밀도, 점도, 열용량 및 순환을 변화시킬 수 있습니다. 이러한 변경 사항은PTFE 침지 히터욕조에 열을 전달합니다.
따라서 가열 장비 크기를 결정하는 엔지니어의 경우 액체 밀도는 개별 사양으로 처리하기보다는 농도 및 열 특성과 함께 고려해야 합니다.
밀도는 가열되는 실제 질량을 변경합니다.
탱크 용량은 일반적으로 리터 또는 입방미터로 표시되는 반면, 난방 계산은 질량에 따라 달라집니다.
기본 관계는 다음과 같습니다.
m = ρV
어디m액체 질량이고,ρ밀도이고,V액체량이다.
예를 들어, 밀도가 1.20kg/L인 용액이 들어 있는 1,000L 탱크에는 약 1,200kg의 액체가 들어 있습니다.
동일한 탱크에 1.00kg/L의 저밀도 용액이 포함된 경우{0}}액체 질량은 약 1,000kg에 불과합니다.
이 차이는 수조 온도를 높이는 데 필요한 에너지 양에 영향을 미칩니다.
현열 난방의 경우:
Q=mcΔT
따라서 동일한 탱크 부피를 차지하는 두 액체의 밀도와 비열 용량이 다를 경우 서로 다른 가열 에너지가 필요할 수 있습니다.
밀도만으로는 열 전달을 결정하지 않습니다
일반적인 공학적 오해는 밀도가 높을수록 열 전달이 더 나쁘거나 더 좋다는 것을 자동으로 의미한다고 가정하는 것입니다.
밀도는 유동적-특성의 한 부분일 뿐입니다.
PTFE 침지 히터 주위의 열 전달은 점도, 비열 용량, 열전도도, 액체 속도, 히터 구조 및 온도 차이의 영향을 받습니다.
단순화된 관계는 다음과 같습니다.
Q=hAΔT
여기,h유효 열{0}}전달 계수를 나타내고A활성 가열 영역을 나타냅니다.
밀도는 유체 동작에 영향을 줄 수 있지만 직접적으로 값을 제공하지는 않습니다.h. 유체 이동과 점도도 똑같이 중요할 수 있습니다.
집중된 솔루션은 여러 속성을 함께 변경할 수 있습니다
많은 화학 공정에서 용해된 화학 물질 농도가 증가함에 따라 밀도도 증가합니다. 동시에 점도와 비열 용량이 변경될 수 있습니다.
이는 결합된 디자인 효과를 만들어냅니다.
농축된 용액에는 단위 부피당 더 많은 질량이 포함되어 현열-부하가 증가할 수 있습니다. 점도도 높아지면 히터 주변의 순환 효과가 떨어질 수 있습니다.
결과적으로 동일한 공칭 히터 전력이 화학 물질 농도가 변경된 후 다른 온도 반응을 생성하는 프로세스가 될 수 있습니다.
이러한 이유로 농축된 화학 용액의 경우 탱크 부피만을 기준으로 한 난방 계산이 부정확해질 수 있습니다.
히터 표면적이 여전히 중요한 이유
공정에 12kW의 가열 전력이 필요하다고 가정합니다.
작은 활성 영역을 가진 소형 히터와 더 큰 활성 영역을 가진 더 긴 히터는 모두 전기적으로 12kW를 제공할 수 있습니다. 그러나 평균 표면 열유속은 다릅니다.
단순화된 계산은 다음과 같습니다.
q = P/A
어디q평균 열유속입니다.
두 가지 예시적인 구성을 고려하십시오.
| 히터 배치 | 힘 | 활성 가열 영역 | 평균 열유속 |
|---|---|---|---|
| 컴팩트한 구성 | 12kW | 0.60 m² | 20kW/m² |
| 분산 구성 | 12kW | 1.20 m² | 10kW/m² |
이러한 값은 설명을 위한 것이며 일반적인 PTFE 작동 한계를 나타내지는 않습니다.
분산 배열은 더 낮은 평균 표면 열 유속을 제공할 수 있지만 실제 성능은 여전히 순환, 설치 형상, 욕조 화학 및 히터 구성에 따라 달라집니다.
액체 움직임이 제한 요인이 될 수 있음
밀도가 높거나 점성이 있는 화학 용액이 천천히 움직일 때 열은 주변 수조로 전달되는 것보다 더 빠르게 히터 표면 주위에 축적될 수 있습니다.
이로 인해 히터 바로 주변의 액체와 벌크 용액 사이에 국소적인 온도 차이가 발생할 수 있습니다.
탱크 온도 센서는 히터 표면이 실질적으로 다른 조건을 겪는 동안에도 여전히 원하는 평균 온도를 보고할 수 있습니다.
따라서 기계적 교반, 펌프 순환, 히터 간격 및 설치 위치를 함께 평가해야 합니다.
대형 화학물질 탱크의 경우 가열 구역을 분산시키면 열 부하가 한 지역에 집중되는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
난방-시간 계산에 밀도가 포함되어야 합니다.
밀도가 1.15kg/L인 예시적인 1,500L 화학 용액을 생각해 보십시오. 대략적인 액체 질량은 다음과 같습니다.
m=1.15 × 1,500=1,725kg
비열 용량을 3.2 kJ/(kg·K)로 가정하고 필요한 온도 증가를 30도라고 가정하면:
Q=1,725 × 3.2 × 30=165,600 kJ
이는 현열 에너지의 약 46kWh에 해당합니다.
20kW 히터는 이상적인 조건에서 이론적으로 약 2.3시간이 필요합니다. 탱크 벽, 배관, 작업물, 증발 및 환경적 열 손실도 에너지를 소비하므로 실제 가열 시간은 더 길어집니다.
이 계산은 가열 용량을 추정할 때 밀도와 비열 용량을 포함해야 하는 이유를 보여줍니다.
히터 선택을 위해 어떤 데이터를 제공해야 합니까?
화학 공정을 사용하는 경우PTFE 침지 히터, 유용한 유체 정보는 다음과 같습니다.
액체 밀도 또는 비중
화학적 농도
비열 용량
점도
가능한 경우 열전도율
작동 온도 범위
필요한 가열 속도
순환 또는 교반 방법
정상 및 최소 액체 레벨
탱크 치수
따라서 밀도는 더 넓은 열-특성 프로필의 한 부분으로 가장 잘 처리됩니다.
밀도가 화학 물질 농도에 따라 크게 변하는 경우 히터 크기는 단일 공칭 조건이 아닌 실제 작동 범위 전체에서 확인되어야 합니다. 유체 특성과 가열 표면적, 전력 분배, 순환 및 탱크 형상을 결합하면 PTFE 침지식 히터 선택 및 맞춤형 산업 설계를 위한 보다 안정적인 기반을 제공합니다.
