Hvordan dimensionerer man en PTFE-varmer til en tank med et flydende plastikdæksel til røgdæmpning?

De er vidunderlige måder at undertrykke dampe og spare energi. Tilføjelse af et flydende dæksel til en åben tank er en fantastisk metode til at reducere røg og spare energi. Men hvis du beregner watt for et nyt varmelegeme til en overdækket tank, bliver den normale tommelfingerregel "watt-per-gallon" for konservativ, hvilket efterlader dig med en stor og dyr varmeovn. Tilføjelsen af ​​et flydende plastikdæksel bestående af hule plastikkugler, en massiv skumplade eller flydende fliser ændrer dramatisk den termiske opførsel af et åbent væskebad. Låget hæmmer fordampning, den primære varmetabsmetode for de fleste åbne industritanke. Alligevel skal varmelegemet dimensioneres til to forskellige driftsforhold indledende opvarmning og stabil vedligeholdelse. For at dimensionere PTFE-varmelegemer korrekt til tank-flydende dækselapplikationer er det nødvendigt at forstå, hvordan dækslet påvirker hver tilstand.

Hvorfor åbne tanke mister varmen hurtigere end dækkede tanke - Fysikken
Udsatte tanke mister varme gennem tre hovedmekanismer:

Fordampning: Molekyler går væk fra væskens overflade og fjerner den latente fordampningsvarme. Dette er generelt det største tab, især ved høje temperaturer (f.eks. . 60–90 grader).

Konvektion: Den varme luft over væsken går op og transporterer varmen væk fra overfladen.

Stråling og ledning via tankvægge: Varme udstråler fra væskens overflade og ledes gennem tankvægge og bund.

Et flydende dæksel giver en barriere mellem væskeoverfladen og atmosfæren og sænker fordampningstabet betydeligt. De fleste flydende dæksler har også en vis isoleringsværdi, så konvektions- og strålingstab fra overfladen minimeres. Afhængigt af dækslets design og pasform kan det samlede varmetab fra en overdækket tank faktisk reduceres med 50-70 % sammenlignet med en åben tank. Imidlertid modificerer dækslet ikke den varme, der kræves for at hæve bulkvæskens temperatur fra koldstart til driftstemperatur.

Dæksel påvirker ikke-opvarmning
Den oprindelige varmeeffekt afhænger kun af:

Væskemasse (i kg eller lb)

Væskens specifikke varme (for vandbaserede opløsninger, et sted omkring 4,18 kJ/kg grad eller 1 BTU/lb grad F)

Den nødvendige temperaturstigning (omgivelsestemperatur til sætpunkt, ΔT)

Den tilladte rampetid (timer eller minutter)

Eller, i praktiske tal, for vand omkring 2,5 watt-timer pr. gallon pr. grad F (0,66 Wh/L· grad), idet varmetabet i opvarmningen ignoreres. Tilføj tab (som de altid burde være), og du ser på omkring 3-4 W/gal- grader F for en uisoleret åben tank. Et flydende dæksel gør ingen forskel for denne beregning. Dette skyldes, at i begyndelsen af ​​opvarmningen er væskens overflade kold, og fordampningstabene er små, indtil temperaturen nærmer sig indstillingspunktet. Endnu vigtigere er, at låget ikke mindsker mængden af ​​energi, der skal lægges i den flydende masse. Så elforbruget til at varme op er præcis det samme som for en udækket tank.

Vedligeholdelseseffekt: Drastisk nedsat
Når tanken er i driftstemperatur, skal varmelegemet blot udføre arbejdet med at erstatte varme tabt til omgivelserne. I en åben tank hersker fordampningstabet. Et flydende dæksel eliminerer praktisk talt fordampningstab (hvis det er helt forseglet), og reducerer konvektions- og strålingsoverfladetab. Resten af ​​tabene bæres af:

Vægge og bund af tank (ledning)

Selve det flydende dæksel (ledning gennem plastik)

Ethvert mellemrum mellem dæksel og tankvægge

I praksis kan vedligeholdelseseffekten for en overdækket tank estimeres til 30-50 % af den åbne tanks vedligeholdelsesværdi. For eksempel ville et almindeligt vandbaseret bejdse- eller rensebad ved 60-70 grader have åben tank vedligeholdelse på måske 20-30 W/ft^2 væskeoverflade plus vægtab. Med et flydende plastkugledæksel reduceres overfladetabene til 5-10 W/ft2. Et solidt flydende skumlag kan være lavere.

Sådan dimensioneres en PTFE-varmer til en overdækket tank
Den rigtige størrelsesmetode er baseret på 2 beregninger, og den største af de 2 bruges til at beregne de installerede watt.

Trin 1: Beregn varme-Up Power (Skal udføres, dække eller ikke dække)
Beregn væskevolumenet i gallons eller liter

Multiplicer med massefylde for at få masse.

Vælg en rampetid, der er realistisk (normalt 2-4 timer for de fleste industritanke).

Bestem den nødvendige effekt til at opvarme væsken fra omgivelsestemperatur (f.eks. . 20 grad ) til sætpunkt (f.eks. . 70 grad ) i den tid, ved hjælp af væskens specifikke varme.

Tilføj en procentdel for tab under opvarmning-op (ca. 10-20 % for en overdækket tank under opvarmning, da overfladen stadig mister noget varme, når temperaturen stiger).

En 500 gallon vandtank (≈ 4000 lb) skal opvarmes fra 20 grader til 70 grader (ΔT=50 grad=90 grad F) på 3 timer. I teorien er energien 4000 lb × 90 grader F × 1 BTU/lb· grad F=360.000 BTU. 360.000 BTU ÷ 3412 BTU/kWh=105.5 kWh, eller konverter til kW. Gennemsnitlig effekt=35.2 kW over 3+ timer. Tilføj 15 % for tab, og du får omkring 40 kW varmeeffekt.

Trin 2: Beregn vedligeholdelseseffekt (mindre dækning)
Estimer det samlede varmetab fra den overdækkede tank ved sætpunktet. Dette omfatter:

Tab af overflade på flydende dæksel (brug producentens data eller tekniske estimater: ~5-10 W/ft^2 for plastikbolde, ~3-6 W/ft^2 for massiv skumplade ved 20 graders luft-temperaturforskel)

Væg- og bundtab (ikke afhængig af dækning, normalt 5 til 15 W/ft² udvendigt tankoverfladeareal)

Tilføj disse tab sammen for at få steady state vedligeholdelseswatt.

For eksempel har en 500 gallon tank et væskeoverfladeareal på 20 ft². Flydende plastikkugler, overfladetab=8 W/ft 2=160 W. Vægareal (ikke inklusiv top)=80 ft 2 Vægtab=10 W/ft 2=800 W Vedligeholdelse Total=960 W (≈1 kW). Selv med en konservativ sikkerhedsfaktor på 2 er vedligeholdelsen stadig kun 2kW.

Trin 3: Sammenligning og valg af installeret watt
Opvarmningseffekten- (40 kW) er væsentligt større end vedligeholdelseseffekten (1-2 kW). Den installerede effekt på PTFE-varmeren skal være mindst 40 kW for den nødvendige opvarmningstid. Dækningen mindsker ikke dette krav. Når tanken har nået temperatur, vil varmeren imidlertid slukke eller køre med en meget lav driftscyklus og trækker kun de 1-2 kW, der er nødvendige for at kompensere for tabene. Dette er en betydelig energireduktion sammenlignet med en åben tank, som kan kræve 4-6 kW til vedligeholdelse.

Tilføjelse af et dæksel gør tanken til et bedre stabilt-system, men det ændrer ikke termodynamikken ved at varme den op fra kulde. Dimensionering baseret på vedligeholdelseseffekt alene ville give et varmelegeme, der ville være i stand til at holde temperaturen, men det ville tage urimelig lang tid (adskillige timer eller dage) at nå sætpunktet fra en koldstart.

Praktisk PTFE varmelegeme dimensioneringsvejledning
PTFE varmelegeme størrelse tank flydende dæksel påføring: Følgende handlinger anbefales:

Beregn altid-opvarmningseffekt først ved hjælp af tankvolumen, påkrævet rampetid og væskespecifik varme. Dette vil næsten altid påvirke den samlede installerede watt.

Estimer driftsomkostningerne og ved at beregne vedligeholdelseseffekten med dækslet på, sørg for, at varmelegemets laveste kontrollerbare effekt (hvis du bruger en effektregulator) kan sænkes nok til at forhindre overskridelse af temperaturen.

Reducer ikke varmeeffekten på grund af dækslet. Det betyder langsom opvarmning-, sen produktionsstart og utilfredse kunder.

Brug flere små varmelegemer i stedet for et stort varmelegeme. Bedre temperaturensartethed og redundans. Dette gælder især i tanke med dæksler, fordi dækslet kan hindre naturlige konvektionsstrømme.

PTFE-varmeren skal være under det flydende låg, normalt i bunden af ​​tanken for god cirkulation. Lad ikke låget røre ved varmeren.

Særlige overvejelser: Cykling og valg af termostat
Den installerede varmelegemekapacitet er 40 kW, og vedligeholdelsesbelastningen kan være helt ned til 1–2 kW. Derfor kan en normal tændt-fra termostat med en betydelig forskel generere for høje temperaturudsving (over- og undersving). En PID-regulator eller en proportional effektregulator (SCR) anbefales. Disse enheder sænker effekten, efterhånden som sætpunktet nås, så det store 40 kW-element hælder ikke fuld varme i en tank, der kun har brug for 2 kW erstatningsenergi.

Oversigt
Brug af flydende plastikdæksel er en effektiv energibesparende strategi for åbne tanke, da det reducerer fordampningsvarmetab og dannelse af dampe. Med hensyn til varmelegemets størrelse reducerer dækslet i høj grad behovet for vedligeholdelsesstrøm, men det reducerer ikke-opvarmningseffektbehovet. Effekten af ​​den installerede PTFE-varmer skal stadig være baseret på den energi, der kræves for at opvarme hele væskevolumenet fra omgivelsestemperatur til driftstemperatur inden for en acceptabel periode. Den største fordel er efter opvarmning-, når varmelegemet cykler ned til en brøkdel af dens installerede kapacitet, hvilket reducerer driftsomkostningerne væsentligt. Energibesparende foranstaltninger bør indarbejdes i dimensioneringsprocessen, ikke ved at reducere størrelsen på den installerede varmelegeme, men ved at vælge de egnede kontrolsystemer, der udnytter den lavere konstante-efterspørgsel. En korrekt størrelse tank vil opvarmes hurtigt, når den kaldes på og fungere effektivt under dækslet, hvilket giver produktivitet og energibesparelser.