Cum se dimensionează un încălzitor de PTFE pentru un rezervor cu pierderi de evaporare extrem de mari?

O cantitate semnificativă de energie este pierdută de un rezervor de proces fierbinte care se aburește ușor într-un loc de muncă rece. Această energie se pierde nu numai prin pereții rezervorului, ci mai degrabă direct în aerul din jur sub formă de vapori de apă. Energia necesară pentru a transforma lichidul în vapori depășește adesea toate celelalte pierderi termice atunci când se dimensionează un încălzitor de PTFE pentru un astfel de sistem. Evaporarea devine principalul radiator în multe-tancuri chimice cu temperatură ridicată și trebuie luată în considerare atunci când alegeți un încălzitor.

Un încălzitor de mărimea energiei ascunse în acei nori este necesar pentru un rezervor care se aburește. În ciuda puterii instalate aparent suficiente, ignorarea pierderilor prin evaporare duce frecvent la un sistem care nu atinge niciodată temperatura de funcționare.

De ce pierderea de căldură în rezervoarele fierbinți se datorează în principal evaporării
Temperaturile peste 50-60 de grade sunt frecvente în rezervoarele industriale utilizate pentru prelucrarea chimică, placare, gravare, curățare și tratarea suprafețelor. Evaporarea se accelerează la aceste temperaturi.

Evaporarea este o metodă mult mai agresivă de eliminare a energiei decât pierderea de căldură conductivă prin pereții izolați. Căldura latentă de vaporizare este o cantitate semnificativă de energie termică care se pierde cu fiecare kilogram de lichid care este transformat în vapori.

Costul energetic ascuns al formării de vapori
Căldura latentă de vaporizare pentru soluțiile pe bază de apă-este aproximativ:

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

Energia necesară pentru a transforma apa lichidă în vapori fără a crește temperatura mai mult este prezentată de această figură.

Cererea semnificativă de căldură continuă este produsă chiar și de ratele de evaporare aparent scăzute.

De exemplu:

Aproximativ 0,6 kW de căldură este îndepărtat continuu prin evaporarea unui litru de apă la fiecare oră.

Fluxul puternic de aer și temperaturile ridicate pot face ca rezervoarele industriale mai mari să se evapore câțiva litri pe oră.

Mai mulți kilowați de pierdere continuă de căldură pot fi reprezentați de penele grele de abur.

Bugetul de energie este realizat fizic din rezervorul de proces de către vaporii care se evaporă.

Înțelegerea pierderilor mari prin evaporare în dimensionarea încălzitorului PTFE
Ideea din spatele încălzitorului PTFE care dimensionează pierderi mari prin evaporare este de a determina cu exactitate sarcina termică de întreținere reală a rezervorului.

Sarcina de întreținere vs. sarcină de căldură-în sus
Dimensionarea unui încălzitor de rezervor necesită adesea două calcule diferite:

Putere inițială pentru încălzire

Putere pentru întreținere continuă

Sarcina de întreținere devine cea mai dificilă problemă în multe instalații cu rezervoare deschise la cald.

În timpul pornirii, un sistem poate încălzi cu succes rezervorul, dar pe măsură ce evaporarea se stabilizează în timpul producției, este posibil să nu poată menține temperatura.

Această problemă este foarte gravă în:

Rezervoare de acid care sunt deschise

Sisteme cu clătiri încălzite

Băi pentru decapare

Rezervoare pentru gravare

Linii de curățare

Rezervoare agresive de extracție a fumului

De ce se pierde atât de mult căldura în rezervoarele deschise
Deoarece moleculele lichide mai calde au mai multe șanse să fugă de la suprafață, evaporarea crește brusc odată cu temperatura.

Suprafața este importantă
Suprafața lichidului expus este direct corelată cu pierderea prin evaporare.

Deoarece o suprafață mai mare de lichid este expusă mișcării aerului, rezervoarele largi și puțin adânci pierd adesea mai multă energie decât rezervoarele înguste și adânci care funcționează la aceeași temperatură.

Evaporarea este accelerată de fluxul de aer
În ciuda faptului că sunt esențiale pentru siguranță și conformitatea legală, sistemele de extracție a fumului pot crește foarte mult evaporarea.

Generarea vaporilor este accelerată de trecerea constantă a aerului pe suprafața rezervorului, care elimină aerul umed și îl înlocuiește cu aer uscat.

Printre factorii de impact semnificativi se numără:

Viteza aerului

Umiditatea relativă

Temperatura lichidului

Geometria rezervorului

Turbulențe la suprafață

Configurația hotei de evacuare

În loc să se utilizeze calcule teoretice directe, estimările de evaporare sunt obținute frecvent din tabele empirice, fișe de date ale procesului sau experiența anterioară de exploatare a instalației.

De ce este nevoie de mult mai puțină putere de încălzire pentru rezervoarele acoperite
Reducerea cantității de suprafață lichidă expusă este una dintre cele mai ușoare modalități de a reduce cererea de încălzire.

Capace de rezervor și capace plutitoare
Pierderile prin evaporare pot fi reduse semnificativ prin utilizarea unui capac izolat sau a unui capac plutitor.

Avantajele constau in:

Nevoia redusă de putere a încălzitorului

Scăderea utilizării substanțelor chimice

Stabilitate sporită a temperaturii

scăderea umidității în birou

Reduceți cererea de ventilație

Cheltuieli operaționale mai mici

Un rezervor acoperit necesită adesea doar jumătate sau o{0}}treime din capacitatea de încălzire necesară unui sistem neacoperit care funcționează la aceeași temperatură.

Dimensiunea celui mai grav-caz este crucială
Dimensionarea încălzitorului ar trebui să ia întotdeauna în considerare situațiile cele mai nefavorabile-cazuri deschise-de rezervor, în care capacele nu pot fi asigurate în timpul funcționării.

Dacă operatorii lasă rezervorul expus în timpul producției, un încălzitor care este destinat doar funcționării parțial acoperite poate avea probleme continuu.

Un semn comun al pierderilor subestimate prin evaporare este incapacitatea persistentă de a atinge temperatura de referință.

Restricții de proiectare pentru încălzitoarele din PTFE
Pentru a spori puterea de ieșire a unui încălzitor compact, designerii sunt adesea tentați să mărească agresiv densitatea de wați din cauza pierderilor mari prin evaporare.

Această metodă ridică probleme serioase de fiabilitate pentru încălzitoarele cu imersie din PTFE.

Densitatea de wați trebuie să rămână în limitele PTFE
Suprafețele încălzitoarelor din PTFE trebuie să funcționeze în intervale de temperatură sigure pentru a preveni:

Supraîncălzirea tecii

Degradarea polimerilor

durata de viata mai scurta

Supraîncălzire într-o anumită zonă

Eșec timpuriu

Suprafața necesară a încălzitorului trebuie să crească în tandem cu puterea totală a încălzitorului.

De obicei, aceasta înseamnă:

Geometrii mai mari ale încălzitorului

Perioade prelungite de scufundare

Mai multe bănci de încălzitoare

Elemente ale unui încălzitor paralel

spre deosebire de o singură unitate mică, de{0}}înaltă densitate.

Mai mulți factori cresc fiabilitatea
Elementele de încălzire PTFE cu densitate mai mică-multiple sunt deseori mai eficiente în rezervoarele mari deschise, cu pierderi semnificative prin evaporare.

Beneficiile constau in:

Distribuție îmbunătățită a căldurii

Sarcina de suprafață redusă

Redundanță îmbunătățită

Întreținere mai simplă

Diminuarea fierberii localizate

Circulația stabilă a fluidului în jurul suprafețelor încălzitorului este un alt beneficiu al acestui aranjament.

Indicatoarele vizuale arată frecvent încălzire subdimensionată
Observarea rezervorului este una dintre cele mai practice perspective în aplicațiile de dimensionare a încălzitorului PTFE cu pierderi mari prin evaporare.

Pierderea grea de energie este indicată de aburul greu
Eliminarea continuă a energiei este demonstrată direct de norii de vapori vizibili.

Următorii sunt indicatorii că evaporarea controlează sarcina termică:

Pena de abur care este întotdeauna vizibilă

Recuperarea lentă a temperaturii

Încălzitorul funcționează mereu.

Imposibil de păstrat valoarea de referință

Consum ridicat de energie electrică

Temperatura instabilă în timpul schimbărilor de ventilație

Aproape întotdeauna este nevoie de mai multă putere de întreținere pentru un rezervor cu abur puternic decât a fost estimat inițial pe baza pierderilor de perete sau a volumului de lichid.

Economia procesului de control al evaporării
Instalarea unor încălzitoare mai mari nu este întotdeauna la fel de rentabilă ca și reducerea evaporării.

Economii la produse chimice și energie
Ratele de evaporare reduse au ca rezultat:

Cererea de încălzire electrică

Cerințe pentru înlocuirea apei

Trageți-din substanțele chimice

Pierderea acidului

Consumul de energie de ventilație

În sistemele chimice încălzite, controlul evaporării devine frecvent atât o strategie de-gestionare a energiei, cât și o măsură de îmbunătățire-a procesului de îmbunătățire a calității.

Concluzie
Rezervoarele de proces deschise, cu temperatură ridicată-necesită strategii de dimensionare a încălzitorului concentrate în principal pe pierderile prin evaporare, mai degrabă decât pe simple calcule ale volumului de lichid. Peste aproximativ 60 de grade, căldura latentă transportată de vapori poate domina cu ușurință necesarul total de căldură de întreținere.

Trecerea cu vedere la acest radiator ascuns duce adesea la o subîncălzire cronică, la temperaturi instabile ale procesului și la funcționarea continuă a încălzitorului fără a atinge valoarea de referință dorită. Dimensionarea adecvată a încălzitorului PTFE, aplicațiile cu pierderi mari prin evaporare necesită, prin urmare, o evaluare atentă a suprafeței rezervorului, a condițiilor de flux de aer, a temperaturii de funcționare și în cel mai rău caz de expunere a rezervorului deschis-.

Deoarece încălzitoarele din PTFE trebuie să rămână în limitele sigure ale densității în wați, creșterea capacității totale de încălzire necesită de obicei o suprafață mai mare a încălzitorului sau mai multe elemente de încălzire, mai degrabă decât o încărcare mai mare a suprafeței.

În multe sisteme industriale, cel mai vizibil flux de deșeuri-penul de abur în creștere deasupra rezervorului-oferă cea mai clară indicație despre exact unde se îndreaptă energia termică.