Jak dobrać grzejnik PTFE do zbiornika o wyjątkowo wysokich stratach parowania?

Znaczna ilość energii jest tracona przez gorący zbiornik procesowy, który delikatnie paruje w chłodnym miejscu pracy. Energia ta jest tracona nie tylko przez ściany zbiornika, ale bezpośrednio do otaczającego powietrza w postaci pary wodnej. Energia potrzebna do przekształcenia cieczy w parę często przewyższa wszystkie inne straty cieplne przy doborze grzejnika PTFE dla takiego systemu. Parowanie staje się głównym radiatorem w wielu-wysokotemperaturowych zbiornikach na chemikalia i należy je wziąć pod uwagę przy wyborze grzejnika.

Do zbiornika, który paruje, potrzebny jest grzejnik wielkości energii ukrytej w tych chmurach. Pomimo pozornie wystarczającej mocy zainstalowanej, ignorowanie strat spowodowanych parowaniem często prowadzi do sytuacji, w której system nigdy nie osiąga całkowicie temperatury roboczej.

Dlaczego utrata ciepła w gorących zbiornikach wynika głównie z parowania
Temperatury powyżej 50–60 stopni są powszechne w zbiornikach przemysłowych używanych do obróbki chemicznej, galwanizacji, trawienia, czyszczenia i obróbki powierzchni. W tych temperaturach parowanie przyspiesza.

Parowanie jest znacznie bardziej agresywną metodą usuwania energii niż przewodząca utrata ciepła przez izolowane ściany. Utajone ciepło parowania to znaczna ilość energii cieplnej tracona z każdym kilogramem cieczy zamienionej w parę.

Ukryty koszt energii związany z tworzeniem się pary
Utajone ciepło parowania w przypadku roztworów-na bazie wody wynosi w przybliżeniu:

2260 kJ/kg2260\\\\mathrm{kJ/kg}2260 kJ/kg

Energię potrzebną do przekształcenia wody w stanie ciekłym w parę bez dalszego podnoszenia temperatury pokazano na tym rysunku.

Nawet pozornie niskie szybkości parowania powodują znaczne, ciągłe zapotrzebowanie na ciepło.

Na przykład:

Około 0,6 kW ciepła jest usuwane w sposób ciągły poprzez odparowanie jednego litra wody na godzinę.

Silny przepływ powietrza i wysokie temperatury mogą spowodować, że większe zbiorniki przemysłowe odparują kilka litrów na godzinę.

Wiele kilowatów ciągłej utraty ciepła może być reprezentowanych przez ciężkie pióropusze pary.

Budżet energii jest fizycznie usuwany ze zbiornika procesowego przez parującą parę.

Zrozumienie wysokich strat parowania w doborze grzejnika PTFE
Ideą doboru grzejników PTFE przy dużych stratach parowania jest dokładne określenie rzeczywistego obciążenia cieplnego zbiornika.

Obciążenie konserwacyjne a obciążenie cieplne-Obciążenie dodatkowe
Dobór podgrzewacza zbiornika często wymaga dwóch różnych obliczeń:

Moc początkowa do rozgrzania

Zasilanie do bieżącej konserwacji

Obciążenia konserwacyjne stają się największym wyzwaniem w wielu instalacjach z gorącym-zbiornikiem otwartym.

Podczas uruchamiania system może skutecznie ogrzać zbiornik, ale gdy parowanie ustabilizuje się podczas produkcji, może nie być w stanie utrzymać tej temperatury.

Ten problem jest bardzo zły w:

Zbiorniki z kwasem otwarte

Systemy z podgrzewanymi płuczkami

Kąpiele do marynowania

Zbiorniki do trawienia

Linie czyszczenia

Zbiorniki do odciągu agresywnych oparów

Dlaczego ciepło traci się tak dużo w otwartych zbiornikach
Ponieważ cieplejsze cząsteczki cieczy częściej uciekają z powierzchni, parowanie gwałtownie wzrasta wraz z temperaturą.

Powierzchnia jest ważna
Odsłonięta powierzchnia cieczy jest bezpośrednio skorelowana ze stratą na skutek parowania.

Ponieważ większa powierzchnia cieczy jest narażona na ruch powietrza, szerokie, płytkie zbiorniki często tracą więcej energii niż wąskie, głębokie zbiorniki pracujące w tej samej temperaturze.

Parowanie jest przyspieszane przez przepływ powietrza
Pomimo tego, że systemy odciągu dymów mają kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i zgodności z przepisami, mogą znacznie zwiększyć parowanie.

Wytwarzanie pary jest przyspieszane przez ciągły przepływ powietrza przez powierzchnię zbiornika, które usuwa wilgotne powietrze i zastępuje je bardziej suchym.

Do najważniejszych czynników wpływających zalicza się:

Prędkość powietrza

Wilgotność względna

Temperatura cieczy

Geometria zbiornika

Turbulencje na powierzchni

Konfiguracja okapu wyciągowego

Zamiast korzystać z prostych obliczeń teoretycznych, szacunki parowania często uzyskuje się z tabel empirycznych, arkuszy danych procesowych lub z wcześniejszych doświadczeń eksploatacyjnych instalacji.

Dlaczego w przypadku krytych zbiorników potrzebna jest znacznie mniejsza moc grzałki
Zmniejszenie ilości odsłoniętej powierzchni cieczy jest jednym z najłatwiejszych sposobów zmniejszenia zapotrzebowania na grzejnik.

Pokrywy zbiorników i pokrywy pływające
Straty spowodowane parowaniem można znacznie zmniejszyć stosując izolowaną pokrywę lub pływającą pokrywę.

Zmniejszone zapotrzebowanie na moc grzejnika

Zmniejszone zużycie środków chemicznych

Zwiększona stabilność temperatury

zmniejszona wilgotność w biurze

Zmniejsz zapotrzebowanie na wentylację

Niższe koszty operacyjne

Zakryty zbiornik często potrzebuje tylko połowy-jednej trzeciej wydajności grzewczej wymaganej przez nieprzykryty system pracujący w tej samej temperaturze.

Najgorszy-rozmiar obudowy ma kluczowe znaczenie
Dobór grzejnika powinien zawsze uwzględniać najgorszą-przypadek otwarcia-zbiornika, w którym nie można zapewnić osłon podczas pracy.

Jeśli operatorzy pozostawią zbiornik odsłonięty podczas produkcji, grzejnik przeznaczony tylko do pracy częściowo zakrytej może działać w sposób ciągły.

Powszechną oznaką niedoszacowanych strat na skutek parowania jest utrzymująca się niemożność osiągnięcia zadanej temperatury.

Ograniczenia projektowe dotyczące grzejników PTFE
Aby zwiększyć moc wyjściową grzejnika kompaktowego, projektanci często ulegają pokusie agresywnego zwiększania gęstości mocy ze względu na wysokie straty w wyniku parowania.

Metoda ta stwarza poważne problemy z niezawodnością grzałek zanurzeniowych z PTFE.

Gęstość watów musi mieścić się w granicach PTFE
Powierzchnie grzejne PTFE muszą działać w bezpiecznych zakresach temperatur, aby zapobiec:

Przegrzanie powłoki

Degradacja polimerów

krótsza żywotność

Przegrzanie w określonym obszarze

Wczesna porażka

Niezbędna powierzchnia grzejnika musi rosnąć wraz z całkowitą mocą grzejnika.

Zazwyczaj oznacza to:

Większa geometria grzejników

Wydłużone okresy zanurzenia

Kilka banków grzejników

Elementy grzejnika równoległego

w przeciwieństwie do pojedynczej, małej jednostki-o dużej gęstości.

Kilka czynników zwiększa niezawodność
Wiele elementów grzejnych z PTFE o niższej-gęstości jest często bardziej skutecznych w dużych otwartych zbiornikach, w których występują znaczne straty w wyniku parowania.

Korzyści obejmują:

Lepsza dystrybucja ciepła

Zmniejszone obciążenie powierzchniowe

Zwiększona redundancja

Prostsze utrzymanie

Zmniejszone miejscowe wrzenie

Stabilna cyrkulacja płynu wokół powierzchni grzejników to kolejna zaleta tego rozwiązania.

Wskaźniki wizualne często pokazują zbyt małe ogrzewanie
Obserwacja zbiornika jest jedną z najbardziej praktycznych spostrzeżeń przy doborze grzejników PTFE w zastosowaniach, w których występują duże straty na skutek parowania.

Ciężka utrata energii jest wskazywana przez ciężką parę
Ciągłe usuwanie energii jest bezpośrednio widoczne w widocznych chmurach pary.

Poniżej znajdują się wskaźniki wskazujące, że parowanie kontroluje obciążenie cieplne:

Zawsze widoczny pióropusz pary

Powolny powrót temperatury

Grzejnik cały czas działa.

Nie można utrzymać wartości zadanej

Wysokie zużycie energii elektrycznej

Niestabilna temperatura ze zmianami wentylacji

W przypadku silnie zaparowanego zbiornika prawie zawsze potrzebna jest większa moc konserwacyjna, niż pierwotnie oszacowano na podstawie strat na ściankach lub objętości cieczy.

Ekonomika procesu kontroli parowania
Instalowanie większych grzejników nie zawsze jest-tak opłacalne jak ograniczenie parowania.

Oszczędności na chemikaliach i energii
Zmniejszona szybkość parowania powoduje:

Zapotrzebowanie na ogrzewanie elektryczne

Wymagania dotyczące wymiany wody

Wyciągnij-środki chemiczne

Utrata kwasu

Zużycie energii na wentylację

Kontrola parowania często staje się metodą zarządzania energią i poprawy jakości procesów w ogrzewanych układach chemicznych.

Podsumowując
W przypadku otwartych zbiorników procesowych o wysokiej-temperaturze konieczne są procedury doboru grzejnika, w których priorytetem są straty spowodowane parowaniem, a nie proste obliczenia objętości cieczy. Ciepło utajone odprowadzane przez parę może szybko przekroczyć całe zapotrzebowanie na ciepło eksploatacyjne powyżej około 60 stopni.

Ignorowanie tego ukrytego radiatora często prowadzi do ciągłej pracy grzejnika bez osiągnięcia zamierzonej wartości zadanej, wahań temperatur procesu i chronicznego niedogrzania. Dlatego też w przypadku doboru grzejników PTFE do zastosowań wymagających dużych strat przez parowanie konieczne jest dokładne rozważenie powierzchni zbiornika, warunków przepływu powietrza, temperatury roboczej i najgorszego-przypadku otwartego-narażenia zbiornika.

Zwiększanie całkowitej wydajności grzewczej zwykle wymaga większej powierzchni grzejnika lub dodatkowych elementów grzejnych, a nie zwiększonego obciążenia powierzchniowego, ponieważ grzejniki PTFE muszą utrzymywać się poniżej bezpiecznych limitów gęstości watów.

Najbardziej oczywisty strumień odpadów w wielu systemach przemysłowych-wznoszący się słup pary nad zbiornikiem-oferuje najdokładniejsze wskazanie dokładnego przeznaczenia energii cieplnej.\\