छोटे रासायनिक टैंक अक्सर गर्म करने में आसान लगते हैं क्योंकि तरल की मात्रा सीमित होती है। व्यवहार में, कॉम्पैक्ट टैंक एक कठिन थर्मल स्थिति पैदा कर सकते हैं: हीटर भौतिक रूप से टैंक की दीवार के करीब है, तरल परिसंचरण प्रतिबंधित है, और पूरे स्नान में सक्रिय हीटिंग क्षेत्र के आसपास केवल एक छोटी मात्रा हो सकती है।
A पीटीएफई विसर्जन हीटरइसलिए केवल टैंक की मात्रा के बजाय गर्मी वितरण के अनुसार चयन करने की आवश्यकता है। अत्यधिक स्थानीय ताप इनपुट तापमान में उतार-चढ़ाव पैदा कर सकता है, तब भी जब औसत स्नान तापमान स्वीकार्य दिखता है।
छोटे टैंक अधिक संवेदनशील क्यों होते हैं?
एक बड़े टैंक में, विसर्जन हीटर द्वारा उत्पन्न गर्मी में वितरण के लिए अधिक तरल मात्रा उपलब्ध होती है। एक छोटा टैंक हीटर, टैंक की दीवार, तली और तापमान सेंसर के बीच कम दूरी प्रदान करता है।
यदि हीटर एक प्रतिबंधित क्षेत्र में उच्च शक्ति पर काम करता है, तो संवहन से पूरे टैंक में ऊर्जा वितरित होने से पहले आसपास का तरल तेजी से गर्म हो सकता है।
मूल संबंध बना हुआ है:
क्यू=hAΔT
जब तरल की गति सीमित होती है, तो प्रभावी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक होता हैhघट सकता है. समान शक्ति बनाए रखने के लिए हीटर की सतह और थोक समाधान के बीच अधिक तापमान अंतर की आवश्यकता हो सकती है।
यह एक कारण है कि कॉम्पैक्ट टैंकों को स्वचालित रूप से उच्चतम उपलब्ध हीटर वाट क्षमता का उपयोग नहीं करना चाहिए।
निम्न स्थानीय ऊष्मा प्रवाह मदद कर सकता है
औसत ताप सतह ताप प्रवाह का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है:
q = P/A
कहाँPहीटर की शक्ति है औरAसक्रिय तापन क्षेत्र है।
दो उदाहरणात्मक 6 किलोवाट विन्यास पर विचार करें:
| हीटर विन्यास | शक्ति | सक्रिय क्षेत्र | औसत ताप प्रवाह |
|---|---|---|---|
| कॉम्पैक्ट हीटिंग जोन | 6 किलोवाट | 0.40 m² | 15 किलोवाट/वर्ग मीटर |
| वितरित ताप क्षेत्र | 6 किलोवाट | 0.80 m² | 7.5 किलोवाट/वर्ग मीटर |
मान सार्वभौमिक पीटीएफई परिचालन सीमाओं के बजाय उदाहरण हैं।
समान कुल शक्ति के साथ, प्रभावी ताप क्षेत्र बढ़ने से औसत ताप प्रवाह कम हो जाता है। वह डिज़ाइन व्यावहारिक है या नहीं यह टैंक के आयाम, तरल परिसंचरण, हीटर निर्माण और आवश्यक हीटिंग दर पर निर्भर करता है।
हीटर ज्यामिति को टैंक आयामों से मेल खाना चाहिए
एक कॉम्पैक्ट रासायनिक टैंक में कई दिशाओं में सीमित निकासी हो सकती है।
एक हीटर जो टैंक की दीवार के बहुत करीब है, सक्रिय सतह के हिस्से के आसपास तरल आंदोलन को प्रतिबंधित कर सकता है। तली के बहुत करीब स्थापित हीटर तलछट या जमाव के पास एक संकेंद्रित गर्म क्षेत्र बना सकता है।
इसलिए सक्रिय हीटिंग अनुभाग को पर्याप्त आसपास तरल मात्रा के साथ स्थित किया जाना चाहिए।
संकीर्ण टैंकों के लिए, एक लंबी और अधिक वितरित ताप व्यवस्था कभी-कभी छोटे, अत्यधिक संकेंद्रित ताप क्षेत्र की तुलना में बेहतर ताप वितरण प्रदान कर सकती है।
उपयुक्त ज्यामिति वास्तविक टैंक उद्घाटन, तरल गहराई, आंतरिक पाइपिंग और आवश्यक हीटिंग क्षमता पर निर्भर करती है।
छोटी मात्रा में सर्कुलेशन महत्वपूर्ण है
प्राकृतिक संवहन कुछ कम ऊर्जा वाले अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त हो सकता है, लेकिन जब घोल चिपचिपा होता है या हीटर की शक्ति अपेक्षाकृत अधिक होती है तो यह कम पूर्वानुमानित हो जाता है।
यांत्रिक परिसंचरण या हलचल हीटिंग सतह से दूर गर्मी परिवहन में सुधार कर सकती है।
हालाँकि, परिसंचरण को इतनी आक्रामक तरीके से निर्देशित नहीं किया जाना चाहिए कि रासायनिक छिड़काव विद्युत कनेक्शन क्षेत्रों तक पहुंच जाए। हाइड्रोलिक व्यवस्था और हीटर माउंटिंग पर एक साथ विचार करने की आवश्यकता है।
एक उपयोगी डिज़ाइन प्रश्न केवल यह नहीं है कि परिसंचरण मौजूद है या नहीं, बल्कि यह है कि क्या पर्याप्त तरल गति संपूर्ण सक्रिय ताप सतह तक पहुँचती है।
तापमान सेंसरों को सावधानीपूर्वक लगाने की आवश्यकता है
छोटे टैंक विशेष रूप से सेंसर स्थिति के प्रति संवेदनशील होते हैं।
हीटर के बहुत करीब लगा सेंसर स्थानीय रूप से गर्म क्षेत्र का पता लगा सकता है। नियंत्रक तब हीटर आउटपुट को कम कर सकता है जबकि अन्य क्षेत्र लक्ष्य तापमान से नीचे रहते हैं।
परिसंचरण पथ से बहुत दूर स्थित सेंसर विपरीत व्यवहार दिखा सकता है।
कॉम्पैक्ट टैंकों के लिए, तापमान सेंसर को उस प्रक्रिया क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करना चाहिए जो वास्तव में मायने रखता है, जबकि हीटर की तत्काल थर्मल सीमा परत के सीधे माप से बचना चाहिए।
जहां तापमान एकरूपता महत्वपूर्ण है, कई स्थानों पर तापमान मानचित्रण उन अंतरों को प्रकट कर सकता है जो एक नियंत्रक रीडिंग नहीं दिखा सकता है।
तरल स्तर की सुरक्षा थर्मल जोखिम को कम करती है
छोटे टैंक लोडिंग, वाष्पीकरण, जल निकासी, या वर्कपीस आंदोलन के दौरान महत्वपूर्ण तरल स्तर में परिवर्तन का अनुभव कर सकते हैं।
यदि तरल सक्रिय हीटिंग क्षेत्र के हिस्से से नीचे गिर जाता है, तो खुला भाग समाधान के सामान्य शीतलन प्रभाव को खो देता है।
उपयुक्तपीटीएफई विसर्जन हीटरइसलिए स्थापना को न्यूनतम तरल स्तर को स्पष्ट रूप से परिभाषित करना चाहिए। प्रक्रिया डिज़ाइन द्वारा आवश्यक होने पर लेवल स्विच, तापमान संरक्षण और नियंत्रण इंटरलॉक को शामिल किया जा सकता है।
सामान्य ऑपरेशन के दौरान सक्रिय हीटिंग क्षेत्र इच्छित विसर्जन सीमा के भीतर रहना चाहिए।
एक साधारण ताप-संतुलन जांच
मान लीजिए कि 250 एल रासायनिक घोल का द्रव्यमान लगभग 300 किलोग्राम है और इसके लिए 30 डिग्री तापमान वृद्धि की आवश्यकता होती है। 3.5 kJ/(kg·K) की एक उदाहरणात्मक विशिष्ट ताप क्षमता का उपयोग करना:
क्यू=mcΔT
क्यू=300 × 3.5 × 30=31,500 केजे
यह लगभग 8.75 kWh समझदार ताप ऊर्जा के बराबर है।
आदर्श परिस्थितियों में 6 किलोवाट के हीटर को सैद्धांतिक रूप से लगभग 1.46 घंटे की आवश्यकता होगी। वास्तविक हीटिंग का समय लंबा होगा क्योंकि टैंक की दीवार, सतह, पाइपिंग और आसपास के वातावरण के माध्यम से भी गर्मी नष्ट हो जाती है।
यह गणना केवल तेज स्टार्टअप की इच्छा के आधार पर हीटर के अत्यधिक आकार को रोकने में मदद करती है।
छोटे टैंकों के लिए व्यावहारिक डिज़ाइन जाँच
पीटीएफई इमर्शन हीटर का चयन करने से पहले, कई मापदंडों की एक साथ जांच की जानी चाहिए:
टैंक की मात्रा और आयाम
सामान्य और न्यूनतम तरल स्तर
आवश्यक ताप दर
सक्रिय ताप सतह क्षेत्र
औसत ताप प्रवाह
तरल चिपचिपापन और परिसंचरण
हीटर{{0}से{{1}दीवार और हीटर-से-नीचे निकासी
तापमान-सेंसर स्थिति
रासायनिक एकाग्रता और ऑपरेटिंग तापमान
विद्युत शक्ति एवं नियंत्रण विधि
छोटे रासायनिक टैंकों के लिए, स्थानीयकृत ओवरहीटिंग आमतौर पर केवल हीटर की समस्या के बजाय सिस्टम डिज़ाइन का एक मुद्दा है। एक अच्छी तरह से वितरित हीटिंग सतह, उपयुक्त परिसंचरण, सही सेंसर प्लेसमेंट और विश्वसनीय तरल स्तर की सुरक्षा अधिक स्थिर थर्मल वातावरण को बनाए रखने में मदद कर सकती है।
जब टैंक का स्थान प्रतिबंधित होता है या प्रक्रिया एक संकीर्ण तापमान सहनशीलता के साथ संचालित होती है, तो एक अनुकूलितपीटीएफई विसर्जन हीटरज्यामिति को वास्तविक तरल गहराई, उपलब्ध निकासी, बिजली की आवश्यकता और स्थापना स्थितियों के आसपास डिजाइन किया जा सकता है।
