Hvordan dimensionerer man en PTFE-varmer til en tank med ekstremt store fordampningstab?

En betydelig mængde energi går tabt af en varm procestank, der blødt damper på en kølig arbejdsplads. Denne energi går tabt ikke kun gennem tankens vægge, men snarere direkte ind i den omgivende luft som vanddamp. Den energi, der er nødvendig for at omdanne væske til damp, opvejer ofte alle andre termiske tab, når en PTFE-varmer dimensioneres til et sådant system. Fordampning bliver den primære køleplade i mange høje-kemikalietanke og skal tages i betragtning, når du vælger et varmelegeme.

En varmelegeme på størrelse med den skjulte energi i disse skyer er påkrævet til en tank, der damper. På trods af tilsyneladende tilstrækkelig installeret strøm, fører ignorering af fordampningstab ofte til et system, der aldrig helt opnår driftstemperatur.

Hvorfor varmetab i varme tanke for det meste skyldes fordampning
Temperaturer over 50-60 grader er almindelige i industritanke, der bruges til kemisk behandling, plettering, ætsning, rengøring og overfladebehandling. Fordampningen accelererer ved disse temperaturer.

Fordampning er en meget mere aggressiv metode til energifjernelse end ledende varmetab gennem isolerede vægge. Latent fordampningsvarme er en betydelig mængde termisk energi, der går tabt med hvert kilogram væske, der omdannes til damp.

Dampdannelsens skjulte energiomkostninger
Den latente fordampningsvarme for vand-baserede opløsninger er groft sagt:

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

Den energi, der skal til for at omdanne flydende vand til damp uden at hæve temperaturen yderligere, er vist af denne figur.

Et betydeligt kontinuerligt varmebehov frembringes af selv tilsyneladende lave fordampningshastigheder.

For eksempel:

Cirka 0,6 kW varme fjernes kontinuerligt ved at fordampe en liter vand hver time.

Stærk luftstrøm og høje temperaturer kan få større industritanke til at fordampe flere liter i timen.

Flere kilowatt kontinuerligt varmetab kan repræsenteres af tunge dampfaner.

Energibudgettet bliver fysisk udført af procestanken af ​​den fordampende damp.

Forståelse af høje fordampningstab i PTFE-varmelegemestørrelse
Ideen bag PTFE-varmelegeme, der dimensionerer store fordampningstab, er nøjagtigt at bestemme tankens ægte vedligeholdelsesvarmebelastning.

Vedligeholdelsesbelastning vs. varme-Opbelastning
Dimensionering af en tankvarmer kræver ofte to forskellige beregninger:

Starteffekt til opvarmning

Strøm til løbende vedligeholdelse

Vedligeholdelsesbyrden bliver det mest udfordrende problem i mange varme åbne-tankinstallationer.

Under opstart kan et system med succes opvarme tanken, men da fordampningen stabiliseres under produktionen, vil det muligvis ikke være i stand til at opretholde temperaturen.

Dette problem er meget slemt i:

Syrebeholdere, der er åbne

Systemer med opvarmede skylninger

Bade til syltning

Tanke til ætsning

Rengøringslinjer

Aggressive røgudsugningstanke

Hvorfor varme går tabt så meget i åbne tanke
Fordi varmere flydende molekyler er mere tilbøjelige til at flygte fra overfladen, stiger fordampningen kraftigt med temperaturen.

Overfladeareal er vigtigt
Det eksponerede væskeoverfladeareal er direkte korreleret med fordampningstab.

Fordi mere væskeoverflade er udsat for luftbevægelse, mister brede lavvandede tanke ofte mere energi end smalle dybe tanke, der kører ved samme temperatur.

Fordampning accelereres af luftstrømmen
På trods af at det er afgørende for sikkerhed og lovoverholdelse, kan røgudsugningssystemer i høj grad øge fordampningen.

Dampdannelse accelereres af den konstante passage af luft hen over tankoverfladen, som fjerner fugtig luft og erstatter den med tørrere luft.

Blandt de væsentlige påvirkningsfaktorer er:

Lufthastighed

Den relative luftfugtighed

Væskens temperatur

Tankens geometri

Turbulens på overfladen

Konfiguration af emhætten

I stedet for at bruge lige teoretiske beregninger, indhentes fordampningsestimater ofte fra empiriske tabeller, procesdatablade eller tidligere anlægsdriftserfaringer.

Hvorfor er der behov for meget mindre varmekraft til overdækkede tanke
At reducere mængden af ​​eksponeret væskeoverflade er en af ​​de nemmeste måder at sænke varmebehovet.

Tanklåg og flydende dæksler
Fordampningstab kan reduceres væsentligt ved at bruge et isoleret låg eller flydende dæksel.

Fordelene består af:

Reduceret behov for varmelegeme

Nedsat brug af kemikalier

Forbedret temperaturstabilitet

nedsat luftfugtighed på kontoret

Reducer behovet for ventilation

Lavere driftsudgifter

En overdækket tank behøver ofte kun halvdelen eller en-tredjedel af den varmekapacitet, der kræves af et udækket system, der kører ved samme temperatur.

Værste-størrelse er afgørende
Dimensionering af varmelegemet bør altid tage højde for værste-åben-tanksituationer, hvor dæksler ikke kan sikres under drift.

Hvis operatører lader tanken stå åben under produktionen, kan et varmelegeme, der kun er beregnet til delvis overdækket drift, kæmpe kontinuerligt.

Et almindeligt tegn på undervurderede fordampningstab er en vedvarende manglende evne til at nå den indstillede temperatur.

Designbegrænsninger for PTFE-varmere
For at øge effekten af ​​en kompakt varmelegeme fristes designere ofte til aggressivt at øge watt-tætheden på grund af store fordampningstab.

Denne metode rejser alvorlige pålidelighedsproblemer for PTFE-elvarmere.

Watt-densitet skal holde sig inden for PTFE-grænserne
PTFE-varmeflader skal fungere inden for sikre temperaturområder for at forhindre:

Overophedning af kappen

Nedbrydning af polymerer

kortere levetid

Overophedning i et bestemt område

Tidlig fiasko

Det nødvendige varmeanlægsareal skal stige i takt med den samlede varmeeffekt.

Typisk betyder dette:

Større varmelegemegeometrier

Længere perioder med nedsænkning

Flere banker af varmelegemer

Elementer af en parallelvarmer

i modsætning til en enkelt lille enhed med høj-densitet.

Flere faktorer øger pålideligheden
Flere PTFE-varmeelementer med lavere-densitet er ofte mere effektive i store åbne tanke med betydelige fordampningstab.

Fordelene består af:

Forbedret fordeling af varme

Formindsket overfladebelastning

Forbedret redundans

Enklere vedligeholdelse

Formindsket lokaliseret kogning

Stabil væskecirkulation omkring varmelegemeoverfladerne er en anden fordel ved dette arrangement.

Visuelle indikatorer viser ofte underdimensioneret opvarmning
At observere tanken er en af ​​de mest praktiske indsigter i PTFE-varmere, der dimensionerer høje fordampningstabsapplikationer.

Kraftig energitab er angivet af kraftig damp
Kontinuerlig energifjernelse er direkte demonstreret af synlige dampskyer.

Følgende er indikatorer for, at fordampning styrer varmebelastningen:

Dampfane, der altid er synlig

Langsom tilbagevenden af ​​temperaturen

Varmeapparatet kører altid.

Kan ikke holde sætpunktet

Højt forbrug af el

Ustabil temperatur med ventilationsændringer

Mere vedligeholdelseseffekt er næsten altid nødvendig for en stærkt dampet tank, end det først blev estimeret kun baseret på vægtab eller væskevolumen.

Fordampningskontrol Procesøkonomi
Installation af større varmelegemer er ikke altid så omkostningseffektivt- som at reducere fordampning.

Besparelser på kemikalier og energi
Reducerede fordampningshastigheder resulterer i:

Efterspørgsel efter elvarme

Krav til udskiftning af vand

Træk-ud af kemikalier

Tab af syre

Energiforbrug til ventilation

Fordampningskontrol bliver ofte en metode til at styre energi og forbedre proceskvaliteten i opvarmede kemiske systemer.

Som konklusion
Procedurer til dimensionering af varmelegeme, der prioriterer fordampningstab over ligetil væskevolumenberegninger, er nødvendige for åbne procestanke med-høj temperatur. Den latente varme, der transporteres væk med damp, kan hurtigt overstige hele vedligeholdelsesvarmebehovet over omkring 60 grader.

Ignorering af denne skjulte køleplade fører ofte til, at varmelegemet kører kontinuerligt uden at nå det tilsigtede sætpunkt, svingende procestemperaturer og kronisk underopvarmning. Derfor er omhyggelig overvejelse af tankoverfladeareal, luftstrømsforhold, driftstemperatur og værste tilfælde-åben-tankeksponering nødvendig for PTFE-varmelegemer, der dimensionerer høje fordampningstab.

Forøgelse af den samlede varmekapacitet kræver normalt større varmelegemeoverfladeareal eller ekstra varmeelementer frem for øget overfladebelastning, da PTFE-varmere skal forblive under sikre watt-tæthedsgrænser.

Den mest åbenlyse affaldsstrøm i mange industrielle systemer-den stigende dampfane over tanken-giver den mest nøjagtige indikation af den præcise destination for termisk energi.\\