산업용 화학물질 탱크에서는 동일한 가열판이라도 액체 깊이가 변하면 매우 다른 가열 결과를 생성할 수 있습니다. 공정 탱크는 필요한 평균 온도를 유지할 수 있지만 상부와 하부 영역은 눈에 띄는 온도 차이를 보입니다.
이는 깊은 탱크, 대용량-화학조, 생산 중 액체 수위가 변하는 공정에서 더욱 중요해집니다.
가열판의 경우,액체 깊이는 자연 대류, 온도 층화, 순환 거리 및 욕조 전체에 열을 분배하는 데 필요한 시간에 영향을 미칩니다..
깊은 액체가 항상 균일하게 가열되지 않는 이유
가열판은 탱크 바닥이나 다른 정의된 표면의 열을 공정 액체로 전달합니다.
액체 깊이가 증가함에 따라 가열된 액체는 탱크의 상부 영역에 도달하기 전에 더 멀리 이동해야 합니다. 순환이 약하면 하부 구역과 상부 구역의 온도 차이가 커질 수 있습니다.
따뜻한 액체는 위로 올라가고 차가운 액체는 아래로 이동하기 때문에 자연 대류가 도움이 될 수 있습니다. 그러나 점도, 탱크 형상, 내부 장비 및 화학적 특성으로 인해 이러한 움직임이 제한될 수 있습니다.
그러므로 깊은 탱크를 총 액체 부피로만 평가해서는 안 됩니다.
액체 깊이는 순환 패턴을 변화시킵니다
얕은 탱크의 경우 가열판에서 발생하는 열은 대부분의 액체에 상대적으로 빠르게 영향을 미칠 수 있습니다.
탱크가 깊을수록 순환 경로가 길어집니다. 가열 플레이트는 특히 시동 중에 상부 액체가 차갑게 유지되는 동안 뜨거운 하부 영역을 생성할 수 있습니다.
이는 종종 온도 계층화로 설명됩니다.
문제는 공정액의 점도가 높거나 탱크에 순환을 방해하는 내부 구성 요소가 포함된 경우 더욱 두드러질 수 있습니다.
강제 순환을 통해 이러한 효과를 줄일 수 있지만, 압력 손실과 유로를 고려하지 않고 단순히 증가시키는 것이 아니라 가열 영역 주변에 펌프 흐름을 효과적으로 분산시켜야 합니다.
가열 면적과 깊이를 함께 고려해야 함
가열판 표면 열유속은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
q'' = Q / A
어디Q난방력이고A활성 난방 영역입니다.
고전력-소면적-플레이트는 깊은 탱크 바닥에 강력한 국지적 가열을 생성할 수 있습니다. 가열 영역이 클수록 열 입력이 더 광범위하게 분산되고 가열 표면 근처의 온도 차이가 줄어들 수 있습니다.
그러나 플레이트 면적을 늘리더라도 깊은-탱크 층화가 자동으로 해결되지는 않습니다.
상부 액체의 순환이 충분하지 않으면 큰 가열판이라도 표면에서 더 차가운 영역을 떠날 수 있습니다.
| 액체 깊이 | 일반적인 열 분포 | 주요한계 | 적합한 디자인 초점 |
|---|---|---|---|
| 얕은 | 상대적으로 짧은 열 경로 | 지역 핫스팟 가능 | 표면 열유속 |
| 보통의 | 자연 순환에 대한 좋은 잠재력 | 흐름 패턴이 중요함 | 난방 면적 및 순환 |
| 깊은 | 더 긴 순환 경로 | 온도 계층화 | 강제순환 |
| 가변 깊이 | 열 조건 변경 | 고르지 못한 가열 반응 | 레벨- 기반 제어 |
| 깊고 점성이 있는 액체 | 약한 자연 대류 | 강력한 계층화 | 낮은 열 유속 및 제어된 흐름 |
표는 액체 깊이가 열{0}설계 매개변수로 처리되어야 하는 이유를 보여줍니다.
안정적인 운영보다 스타트업이 더 어려울 수 있음
콜드-스타트 조건은 종종 가장 큰 온도 차이를 발생시킵니다.
가열 사이클이 시작되면 가열판 근처의 액체가 먼저 따뜻해집니다. 상부 액체는 순환이 에너지를 위쪽으로 전달할 때까지 초기 온도에 가깝게 유지됩니다.
온도가 상승함에 따라 일부 화학 용액의 점성이 낮아지고 더 쉽게 순환됩니다. 따라서 초기 예열 기간 이후에 가열 동작이 개선될 수 있습니다.-
가열판은 필요한 시동 시간과 정상 상태 작동 조건에 따라 평가되어야 합니다.-
연속 생산의 경우, 차가운 공급물이 시스템에서 지속적으로 열을 제거할 수 있으므로 유입되는 액체 온도도 고려해야 합니다.
센서 위치로 층화를 숨길 수 있음
단일 온도 센서가 전체 탱크를 나타내지 못할 수도 있습니다.
센서가 가열 플레이트 가까이에 위치하면 상부 프로세스 영역이 더 차갑게 유지되는 동안 상대적으로 높은 국부 온도를 감지할 수 있습니다.
배출구 근처에 설치하면 순환 및 복귀 흐름에 의해 판독값이 영향을 받을 수 있습니다.
깊은 화학 탱크의 경우 여러 측정 지점을 통해 수직 온도 분포에 대한 더 나은 정보를 제공할 수 있습니다.
낮은 온도와 높은 온도 판독값의 차이는 문제가 난방 용량이 부족하거나 열 분포가 좋지 않은 것인지 판단하는 데 도움이 될 수 있습니다.
PTFE 가열판에는 균형 잡힌 열 설계가 필요합니다
PTFE 가열판은 많은 부식성 공정 액체에서 강력한 내화학성을 제공할 수 있습니다. 그러나 PTFE는 일반 금속보다 열전도율이 낮으므로 열-전달 설계가 여전히 중요합니다.
가열 전력, 활성 영역, 재료 두께, 액체 순환 및 작동 온도 간의 관계를 완전한 시스템으로 고려해야 합니다.
깊은-탱크 온도 층화를 극복하기 위해 과도한 전력을 사용하면 근본적인 순환 문제를 해결하지 못한 채 국지적 표면 온도가 높아질 수 있습니다.
더 나은 솔루션에는 더 넓은 가열 영역, 개선된 순환 또는 다중 가열 영역이 포함될 수 있습니다.
딥 탱크는 어떻게 평가해야 합니까?
설계 프로세스에는 다음이 포함되어야 합니다.
정상 및 최소 액체 깊이
탱크 높이 및 바닥 형상
필요한 작동 온도
시동 가열 시간
시동 및 작동 온도에서의 액체 점도
순환유량
화학적 농도
가열판 면적 및 전력
온도 센서 위치
연속 공정의 경우 열 듀티는 다음을 통해 추정할 수 있습니다.
Q=ṁCpΔT + 큐로스
이는 공급되어야 하는 열의 양을 결정하는 반면, 순환 분석은 열이 액체 깊이를 통해 얼마나 효과적으로 분배될 수 있는지를 결정합니다.
다양한 액체 깊이에 맞는 가열판 선택
액체 깊이는 열이 화학 탱크를 통해 이동하는 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 얕은 탱크는 국부적인 열 유속에 더 많은 주의를 기울여야 하는 반면, 깊은 탱크는 종종 수직 순환과 온도 계층화에 대한 더 강한 고려가 필요합니다.
따라서 적합한 가열판은 다음에 따라 선택됩니다.액체 깊이, 가열 면적, 전력 밀도, 순환, 점도, 탱크 형상 및 생산 온도 요구 사항탱크 용량만으로는 충분하지 않습니다.
깊은 레벨 또는 가변{0}}레벨 화학 탱크의 경우 이러한 매개변수는 더 큰 플레이트, 분산형 가열 장치 또는 맞춤형 가열 구역이 보다 안정적인 온도 분포를 제공할지 여부를 결정하는 기초를 제공합니다.
