एक रासायनिक संयंत्र 2,500-लीटर प्रोसेस टैंक संचालित करता था जो 2,200 मिमी लंबा और 1,200 मिमी व्यास का था। टैंक की दीवार के साथ एक PTFE विसर्जन हीटर लंबवत रूप से लगाया गया था। हीटर केवल सात महीने की सेवा के बाद विफल हो गया, जिसमें गर्म खंड के ऊपरी तीसरे हिस्से पर ब्लिस्टरिंग केंद्रित थी। टैंक में कोई यांत्रिक हलचल नहीं थी - यह गर्मी वितरित करने के लिए प्राकृतिक संवहन पर निर्भर था। लंबे टैंक में विकसित थर्मल स्तरीकरण ने शीर्ष पर एक गर्म परत और नीचे एक ठंडी परत बनाई, और हीटर का ऊपरी भाग गर्म परत में संचालित हुआ।
थर्मल स्तरीकरण तब होता है जब एक तरल पदार्थ विभिन्न तापमानों की स्थिर परतें विकसित करता है। परतें मिश्रित नहीं होती हैं क्योंकि गर्म, कम सघन द्रव ठंडे, सघन द्रव के ऊपर रहता है। कमजोर परिसंचरण वाले लंबे टैंक में, स्तरीकरण गंभीर हो सकता है।
लम्बे टैंक क्यों स्तरीकृत होते हैं?
स्तरीकरण उछाल से प्रेरित होता है। जब एक पीटीएफई विसर्जन हीटर टैंक की दीवार के पास तरल पदार्थ को गर्म करता है, तो गर्म तरल पदार्थ ऊपर उठता है। एक छोटे टैंक में, बढ़ता हुआ तरल पदार्थ तेजी से सतह पर पहुंचता है और थोक के साथ मिलकर फैलता है। एक लम्बे टैंक में, ऊपर उठता हुआ तरल पदार्थ शीर्ष पर एक स्थिर परत बनाता है। अधिक गर्म तरल पदार्थ जमा होने से परत गहरी हो जाती है।
बिना किसी हलचल के एक ऊंचे टैंक में ऊपर और नीचे की परतों के बीच तापमान का अंतर 15-25 डिग्री तक पहुंच सकता है। ऊपरी परत गर्म और कम घनी होती है। निचली परत ठंडी और सघन होती है। परतों के बीच इंटरफ़ेस एक स्थिर सीमा है जो मिश्रण का विरोध करती है।
| टैंक की ऊंचाई | ऊंचाई-से-व्यास अनुपात | प्राकृतिक संवहन मिश्रण | शीर्ष से {{0} से - नीचे ΔT | स्तरीकरण जोखिम |
|---|---|---|---|---|
| <1,000 mm | <1:1 | अच्छा | 3-6 डिग्री | कम |
| 1,000-1,500 मिमी | 1:1 से 1.5:1 | मध्यम | 6-12 डिग्री | मध्यम |
| 1,500-2,000 मिमी | 1.5:1 से 2:1 | गरीब | 12-18 डिग्री | उच्च |
| >2,000 मिमी | >2:1 | बहुत गरीब | 18-25 डिग्री | बहुत ऊँचा |
प्रक्रिया टैंकों में टैंक की ऊंचाई और स्तरीकरण जोखिम
क्यों स्तरीकरण पीटीएफई हीटर के जीवन को छोटा कर देता है
हीटर एक स्तरीकृत वातावरण में काम करता है। हीटर का निचला भाग ठंडे, सघन तरल पदार्थ में होता है। ऊपरी भाग गर्म, कम सघन तरल में है। ऊपरी भाग निचले भाग की तुलना में अधिक तापमान पर संचालित होता है।
उच्च तापमान हर गिरावट तंत्र को तेज करता है। तापमान के साथ पारगम्यता, ऑक्सीकरण और पैमाने का जमाव सभी बढ़ जाता है। हीटर का ऊपरी भाग निचले भाग की तुलना में तेजी से ख़राब होता है। छाले शीर्ष पर केंद्रित होते हैं।
स्तरीकरण गर्मी हस्तांतरण के लिए प्रेरक शक्ति को भी कम कर देता है। टैंक के शीर्ष पर तरल पदार्थ पहले से ही गर्म है, इसलिए हीटर और तरल पदार्थ के बीच तापमान का अंतर कम है। समान गर्मी देने के लिए हीटर को अधिक गर्म चलाना चाहिए, जो गिरावट को और तेज कर देता है।
प्राकृतिक संवहन स्तरीकरण पर काबू क्यों नहीं पा सकता?
प्राकृतिक संवहन गर्म तरल पदार्थ और ठंडे तरल पदार्थ के बीच घनत्व अंतर से संचालित होता है। एक लम्बे टैंक में, स्थिर परत पर काबू पाने के लिए घनत्व अंतर इतना बड़ा नहीं होता है। गर्म द्रव ऊपर उठता है और शीर्ष पर रहता है। यह नीचे के ठंडे तरल पदार्थ के साथ मिश्रित नहीं होता है।
तापमान अंतर बढ़ने पर स्तरीकरण अधिक स्थिर हो जाता है। ऊपर और नीचे की परतों के बीच 15 डिग्री का अंतर एक घनत्व अंतर पैदा करता है जो मिश्रण का प्रतिरोध करता है। परतें तब तक स्थिर रहती हैं जब तक कि यांत्रिक हलचल या कोई व्यवधान उन्हें तोड़ न दे।
लम्बे टैंकों में स्तरीकरण को रोकना
सबसे प्रभावी रोकथाम यांत्रिक आंदोलन है। एक परिसंचरण पंप, एक एडक्टर, या एक स्पार्ज पाइप स्थिर परतों को तोड़ सकता है और टैंक को मिला सकता है। उचित समय में टैंक की मात्रा को बढ़ाने के लिए हलचल पर्याप्त होनी चाहिए। अधिकांश प्रक्रिया टैंकों के लिए प्रति घंटे 2-4 बार की टर्नओवर दर पर्याप्त है।
कम वाट घनत्व वाला हीटर हीटर और तरल पदार्थ के बीच तापमान के अंतर को कम करता है। निचली सतह का तापमान उछाल संचालित स्तरीकरण को कम कर देता है और ऊपरी हीटर अनुभाग के क्षरण को धीमा कर देता है।
टैंक में अलग-अलग ऊंचाई पर वितरित कई हीटर अधिक समान ताप प्रदान करते हैं और तापमान प्रवणता को कम करते हैं। नीचे के हीटर ठंडे तरल पदार्थ को गर्म करते हैं, और शीर्ष पर लगे हीटर गर्म तरल को बनाए रखते हैं। परिणाम एक अधिक समान तापमान प्रोफ़ाइल है।
| रोकथाम के उपाय | स्तरीकरण पर प्रभाव | कार्यान्वयन | लागत |
|---|---|---|---|
| यांत्रिक हलचल | परतें तोड़ता है | पंप, एडक्टर, या स्पार्ज | मध्यम |
| कम वाट घनत्व | उछाल कम कर देता है | हीटर डिजाइन | मध्यम |
| विभिन्न ऊंचाई पर एकाधिक हीटर | एकसमान तापन | हीटर लेआउट | उच्च |
| टैंक इन्सुलेशन | गर्मी के नुकसान को कम करता है | इन्सुलेशन | मध्यम |
लंबी प्रक्रिया वाले टैंकों में थर्मल स्तरीकरण की रोकथाम के उपाय
जब स्तरीकरण एक डिज़ाइन समस्या का संकेत देता है
एक लंबा टैंक जो यांत्रिक हलचल के बावजूद स्तरीकृत होता है, यह दर्शाता है कि हलचल पूरी टैंक मात्रा तक नहीं पहुंच रही है या हीटर लेआउट टैंक ज्यामिति के अनुकूल नहीं है। अलग-अलग ऊंचाई पर कई हीटरों के साथ एक कस्टम पीटीएफई इमर्शन हीटर कॉन्फ़िगरेशन, कम वाट घनत्व और प्रवाह अनुकूलित लेआउट स्तरीकरण के मूल कारण को संबोधित करता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए टैंक आयाम, आंदोलन विधि, तापमान एकरूपता आवश्यकता और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है। लंबे प्रोसेस टैंक वाली सुविधाओं के लिए, यह एप्लिकेशन -विशिष्ट दृष्टिकोण स्तरीकरण को कम करता है और हीटर सेवा जीवन को बढ़ाता है।
