En el processament químic, una placa de calefacció pot assolir la seva temperatura nominal, mentre que la solució del procés segueix sent difícil d'escalfar uniformement. Aquesta situació es fa més notable quan el líquid té una viscositat alta, perquè la calor no es mou a través del dipòsit amb tanta facilitat com ho fa en una solució de baixa-viscositat.
El resultat pot ser un escalfament lent, una estratificació de la temperatura i una regió càlida directament a sobre de la placa de calefacció.
Per a solucions químiques d'alta-viscositat, l'escalfament estable depèn de la relació entrePotència de la placa de calefacció, superfície, moviment del líquid, viscositat i diferència de temperatura.
Per què la viscositat canvia el comportament de la calefacció
Quan augmenta la viscositat del líquid, la convecció natural es fa més feble perquè el líquid té una major resistència al moviment.
Una placa calefactora transfereix energia a la superfície líquida propera a la placa. En una solució de baixa-viscositat, el líquid escalfat pot pujar i barrejar-se amb relativa facilitat. En una solució viscosa, la capa escalfada pot romandre a prop de la placa durant més temps.
Això crea una capa límit tèrmica que limita la distribució de calor.
Per tant, la placa calefactora pot mostrar un funcionament elèctric normal mentre que la part superior del dipòsit roman significativament més fresca.
L'augment de l'energia elèctrica pot accelerar l'escalfament local, però no necessàriament resol el problema de la circulació.
La superfície pot ser més important que una potència superior
El flux de calor de la superfície de la placa calefactora s'expressa com:
q'' = Q / A
onQés la potència de calefacció iAés una zona de calefacció eficaç.
Per a la mateixa funció tèrmica, augmentar l'àrea activa redueix el flux de calor mitjà.
Això pot ser útil per a líquids viscosos perquè una superfície de calefacció més gran distribueix l'entrada tèrmica sobre una àrea més gran. La temperatura local del líquid pot seguir sent més fàcil de controlar en comparació amb una placa de calefacció petita i{1}d'alta potència.
Una placa compacta encara pot ser adequada quan l'espai del tanc és limitat, però la seva densitat de potència i els requisits de circulació necessiten una avaluació més detallada.
La circulació determina la uniformitat de la temperatura
Les solucions d'alta-viscositat requereixen sovint una circulació deliberada en lloc de dependre totalment de la convecció natural.
El cabal de la bomba s'ha d'avaluar juntament amb les propietats del líquid i la geometria del dipòsit. Un cabal nominal de la bomba no garanteix un moviment uniforme al voltant de la placa calefactora.
Les zones mortes es poden produir a prop de les parets del tanc, cantonades, accessoris interns o el fons dels tancs profunds.
La placa de calefacció s'ha de col·locar on el moviment del líquid pugui eliminar efectivament la calor de la superfície activa.
| Estat líquid | Comportament de la circulació | Resposta de calefacció | Prioritat de disseny |
|---|---|---|---|
| Baixa viscositat | Fàcil moviment del líquid | Ràpida igualació de temperatura | Circulació estàndard |
| Viscositat moderada | Convecció reduïda | Gradient tèrmic suau | Flux adequat |
| Alta viscositat | Circulació natural feble | Zona càlida local | Circulació forçada |
| Alta viscositat + baix cabal | Distribució de calor molt limitada | Forta estratificació de la temperatura | Redueix el flux de calor i millora el flux |
| Alta viscositat + dipòsits | Circulació restringida | Augment ràpid de la resistència tèrmica | Control d'incrustacions |
Aquestes condicions mostren per què la viscositat s'ha d'incloure en la selecció de la placa de calefacció en lloc de tractar-se com un detall del procés secundari.
Els canvis de temperatura també afecten la viscositat
Una característica important de moltes solucions químiques és que la viscositat disminueix a mesura que augmenta la temperatura.
Això crea un procés d'escalfament dinàmic.
A l'inici, una solució freda pot tenir una viscositat relativament alta i una mala circulació. A mesura que la placa de calefacció augmenta la temperatura, la solució pot ser més fàcil de circular, millorant la distribució de la calor.
Això significa que les condicions d'inici poden ser més exigents que el funcionament-permanent.
Per tant, una placa d'escalfament de mida només per a la condició de funcionament final pot produir un escalfament-inesperadament lent o una temperatura local excessiva durant l'inici.
La construcció de PTFE requereix un equilibri tèrmic
Les plaques de calefacció de PTFE poden ser útils per a solucions químiques corrosives perquè el PTFE proporciona una forta resistència química.
Tanmateix, el PTFE té una conductivitat tèrmica més baixa que molts materials metàl·lics. Per tant, la capa protectora contribueix a la resistència tèrmica entre l'element de calefacció i el líquid del procés.
Per a solucions químiques viscoses, això fa que l'àrea de calefacció i la densitat de potència siguin especialment importants.
Un disseny amb una àrea suficient i un flux de calor controlat pot ajudar a mantenir condicions de superfície estables, mentre que una concentració excessiva de potència pot augmentar la diferència de temperatura entre la superfície de calefacció i el líquid circumdant.
La compatibilitat química també s'ha de comprovar a la temperatura i concentració de funcionament reals.
Com es pot aconseguir una calefacció estable?
Diverses mesures de disseny i funcionament poden millorar l'estabilitat de la temperatura:
Utilitzeu una superfície de calefacció suficient.
Eviteu un flux de calor superficial innecessàriament elevat.
Proporcioneu circulació prop de la placa de calefacció.
Considereu la viscositat a la temperatura d'inici.
Col·loqueu els sensors de temperatura lluny de les zones calentes localitzades.
Mantenir un nivell de líquid constant.
Supervisar la concentració de productes químics i la contaminació.
Permetre un accés de manteniment adequat.
Per a dipòsits grans o altament viscosos, diverses zones de calefacció poden proporcionar un millor control que una font de calefacció concentrada.
El control independent de les diferents zones també pot reduir l'escalfament innecessari a les zones on el líquid ja està a prop de la temperatura objectiu.
La càrrega tèrmica encara s'ha de calcular
La selecció de la placa de calefacció ha de començar amb el requisit tèrmic real.
Un càlcul simplificat de-càrrega contínua és:
Q=ṁCpΔT + Qloss
onṁés el cabal de líquid,Cpés calor específica,ΔTés l'augment de temperatura requerit, iQlossrepresenta pèrdues de calor.
Aleshores, el deure calculat s'ha d'avaluar en funció de la viscositat, la circulació, l'àrea de calefacció i el flux de calor admissible.
Això evita un error comú: seleccionar una placa calefactora-de gran potència per compensar el moviment deficient del líquid.
Una estratègia de selecció més fiable
Una placa calefactora pot mantenir una temperatura estable en solucions químiques d'{0}}alta viscositat quan les condicions tèrmiques i hidràuliques s'ajusten correctament.
L'equilibri crític és entrepotència de calefacció i distribució de calor. Una potència més alta és útil per satisfer la demanda tèrmica, però una densitat de potència excessiva pot intensificar les diferències de temperatura locals quan la circulació és feble.
Per als dipòsits de productes químics industrials, la viscositat tant a la temperatura d'inici com de funcionament, la velocitat de circulació, la geometria del dipòsit, la concentració química, el temps d'escalfament necessari i l'àrea de la placa de calefacció s'han de definir abans de la selecció final.
Aquest enfocament proporciona una base més fiable per triar la potència de la placa de calefacció, les dimensions, la construcció de PTFE i les zones de control per a un funcionament estable a llarg termini-.
