एक रासायनिक टैंक में समान मात्रा में तरल हो सकता है लेकिन एक उत्पादन बैच से दूसरे उत्पादन बैच में बहुत अलग व्यवहार होता है। रासायनिक सांद्रता में परिवर्तन से तरल घनत्व, चिपचिपाहट, ताप क्षमता और परिसंचरण में परिवर्तन हो सकता है। ये परिवर्तन सीधे तौर पर प्रभावित करते हैं कि कैसे aपीटीएफई विसर्जन हीटरस्नान में गर्मी स्थानांतरित करता है।
हीटिंग उपकरण का आकार तय करने वाले इंजीनियरों के लिए, तरल घनत्व को एक अलग विनिर्देश के रूप में मानने के बजाय एकाग्रता और थर्मल गुणों के साथ विचार किया जाना चाहिए।
घनत्व गर्म होने पर वास्तविक द्रव्यमान को बदल देता है
टैंक की क्षमता आमतौर पर लीटर या घन मीटर में व्यक्त की जाती है, जबकि हीटिंग की गणना द्रव्यमान पर निर्भर करती है।
मूल संबंध है:
m = ρV
कहाँmतरल द्रव्यमान है,ρघनत्व है, औरVतरल मात्रा है.
उदाहरण के लिए, 1.20 किग्रा/लीटर के घनत्व वाले घोल वाले 1,000 लीटर के टैंक में लगभग 1,200 किग्रा तरल होता है।
यदि उसी टैंक में 1.00 किग्रा/लीटर का कम घनत्व वाला घोल है, तो तरल द्रव्यमान केवल 1,000 किग्रा है।
यह अंतर स्नान के तापमान को बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को प्रभावित करता है।
समझदार हीटिंग के लिए:
क्यू=mcΔT
इसलिए, समान टैंक आयतन वाले दो तरल पदार्थों को अलग-अलग ताप ऊर्जा की आवश्यकता हो सकती है जब उनके घनत्व और विशिष्ट ताप क्षमता भिन्न होती हैं।
केवल घनत्व ही ऊष्मा स्थानांतरण को निर्धारित नहीं करता है
एक आम इंजीनियरिंग गलतफहमी यह मान रही है कि उच्च घनत्व का मतलब स्वचालित रूप से खराब या बेहतर गर्मी हस्तांतरण है।
घनत्व द्रव संपत्ति चित्र का केवल एक भाग है।
पीटीएफई विसर्जन हीटर के चारों ओर गर्मी हस्तांतरण भी चिपचिपाहट, विशिष्ट गर्मी क्षमता, तापीय चालकता, तरल वेग, हीटर ज्यामिति और तापमान अंतर से प्रभावित होता है।
एक सरलीकृत संबंध है:
क्यू=hAΔT
यहाँ,hप्रभावी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक का प्रतिनिधित्व करता हैAसक्रिय ताप क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है।
घनत्व द्रव व्यवहार को प्रभावित कर सकता है, लेकिन यह सीधे तौर पर इसका मूल्य प्रदान नहीं करता हैh. द्रव की गति और चिपचिपाहट समान रूप से महत्वपूर्ण हो सकती है।
संकेंद्रित समाधान एक साथ कई गुणों को बदल सकते हैं
कई रासायनिक प्रक्रियाओं में, घुलनशील रासायनिक सांद्रता बढ़ने पर घनत्व बढ़ता है। उसी समय, चिपचिपाहट और विशिष्ट ताप क्षमता बदल सकती है।
यह एक संयुक्त डिज़ाइन प्रभाव पैदा करता है।
एक संकेंद्रित विलयन में प्रति इकाई आयतन में अधिक द्रव्यमान हो सकता है, जिससे संवेदनशील ताप भार बढ़ जाता है। यदि चिपचिपाहट भी बढ़ जाती है, तो हीटर के चारों ओर परिसंचरण कम प्रभावी हो सकता है।
परिणाम एक ऐसी प्रक्रिया हो सकती है जहां समान नाममात्र हीटर शक्ति रासायनिक एकाग्रता में परिवर्तन के बाद एक अलग तापमान प्रतिक्रिया उत्पन्न करती है।
इस कारण से, केवल टैंक की मात्रा पर आधारित हीटिंग गणना केंद्रित रासायनिक समाधानों के लिए गलत हो सकती है।
हीटर सतह क्षेत्र अभी भी क्यों मायने रखता है?
मान लीजिए कि एक प्रक्रिया के लिए 12 किलोवाट ताप शक्ति की आवश्यकता होती है।
छोटे सक्रिय क्षेत्र वाला एक कॉम्पैक्ट हीटर और बड़े सक्रिय क्षेत्र वाला लंबा हीटर दोनों 12 किलोवाट विद्युत प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, उनका औसत सतह ताप प्रवाह भिन्न होगा।
सरलीकृत गणना है:
q = P/A
कहाँqऔसत ताप प्रवाह है.
दो उदाहरणात्मक विन्यासों पर विचार करें:
| हीटर की व्यवस्था | शक्ति | सक्रिय ताप क्षेत्र | औसत ताप प्रवाह |
|---|---|---|---|
| संक्षिप्त विन्यास | 12 किलोवाट | 0.60 m² | 20 किलोवाट/वर्ग मीटर |
| वितरित विन्यास | 12 किलोवाट | 1.20 m² | 10 किलोवाट/वर्ग मीटर |
ये मान उदाहरणात्मक हैं और सार्वभौमिक पीटीएफई परिचालन सीमाओं का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं।
वितरित व्यवस्था कम औसत सतह ताप प्रवाह प्रदान कर सकती है, लेकिन वास्तविक प्रदर्शन अभी भी परिसंचरण, स्थापना ज्यामिति, स्नान रसायन विज्ञान और हीटर निर्माण पर निर्भर करता है।
तरल पदार्थ की गति सीमित कारक बन सकती है
जब कोई घना या चिपचिपा रासायनिक घोल धीरे-धीरे चलता है, तो आसपास के स्नानघर में ले जाने की तुलना में हीटर की सतह के आसपास गर्मी तेजी से जमा हो सकती है।
यह हीटर के आसपास के तरल पदार्थ और थोक समाधान के बीच स्थानीय तापमान अंतर पैदा कर सकता है।
एक टैंक तापमान सेंसर अभी भी वांछित औसत तापमान की रिपोर्ट कर सकता है जबकि हीटर की सतह काफी भिन्न स्थितियों का अनुभव करती है।
इसलिए यांत्रिक हलचल, पंप परिसंचरण, हीटर रिक्ति और स्थापना स्थान का एक साथ मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
बड़े रासायनिक टैंकों के लिए, हीटिंग जोन वितरित करने से थर्मल लोड को एक क्षेत्र में केंद्रित करने से बचने में भी मदद मिल सकती है।
तापन में घनत्व को शामिल किया जाना चाहिए-समय की गणना
1.15 किग्रा/लीटर के घनत्व के साथ एक उदाहरणात्मक 1,500 लीटर रासायनिक घोल पर विचार करें। अनुमानित तरल द्रव्यमान है:
मी=1.15 × 1,500=1,725 कि.ग्रा
यदि विशिष्ट ताप क्षमता 3.2 kJ/(kg·K) मानी जाती है और आवश्यक तापमान वृद्धि 30 डिग्री है:
क्यू=1,725 × 3.2 × 30=165,600 केजे
यह लगभग 46 kWh समझदार ताप ऊर्जा के बराबर है।
आदर्श परिस्थितियों में 20 किलोवाट के हीटर को सैद्धांतिक रूप से लगभग 2.3 घंटे की आवश्यकता होगी। वास्तविक हीटिंग का समय लंबा होगा क्योंकि टैंक की दीवारें, पाइपिंग, वर्कपीस, वाष्पीकरण और पर्यावरणीय गर्मी के नुकसान भी ऊर्जा की खपत करते हैं।
गणना दर्शाती है कि ताप क्षमता का आकलन करते समय घनत्व और विशिष्ट ताप क्षमता को क्यों शामिल किया जाना चाहिए।
हीटर चयन के लिए कौन सा डेटा प्रदान किया जाना चाहिए?
किसी रासायनिक प्रक्रिया के लिए a का उपयोग करनापीटीएफई विसर्जन हीटर, उपयोगी द्रव जानकारी में शामिल हैं:
तरल घनत्व या विशिष्ट गुरुत्व
रासायनिक सघनता
विशिष्ट गर्मी की क्षमता
चिपचिपापन
उपलब्ध होने पर तापीय चालकता
तापमान रेंज आपरेट करना
आवश्यक ताप दर
परिसंचरण या आंदोलन विधि
सामान्य एवं न्यूनतम तरल स्तर
टैंक आयाम
इसलिए घनत्व को व्यापक तापीय संपत्ति प्रोफ़ाइल के एक भाग के रूप में सबसे अच्छा माना जाता है।
जब घनत्व रासायनिक एकाग्रता के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, तो हीटर के आकार को एकल नाममात्र स्थिति के बजाय वास्तविक ऑपरेटिंग रेंज में जांचा जाना चाहिए। हीटिंग सतह क्षेत्र, बिजली वितरण, परिसंचरण और टैंक ज्यामिति के साथ द्रव गुणों का संयोजन पीटीएफई विसर्जन हीटर चयन और अनुकूलित औद्योगिक डिजाइन के लिए अधिक विश्वसनीय आधार प्रदान करता है।
