एक रासायनिक टैंक में पर्याप्त हीटर शक्ति हो सकती है और फिर भी उसे एक समान प्रक्रिया तापमान तक पहुंचने के लिए संघर्ष करना पड़ सकता है। एक सामान्य कारण चारों ओर अपर्याप्त तरल परिसंचरण हैपीटीएफई विसर्जन हीटर.
जब गर्म तरल टैंक के माध्यम से जाने के बजाय हीटर की सतह के करीब रहता है, तो तापमान में उतार-चढ़ाव विकसित होता है। नियंत्रक लक्ष्य तापमान की रिपोर्ट कर सकता है जबकि ठंडे क्षेत्र प्रक्रिया टैंक में कहीं और रहते हैं।
इसलिए रासायनिक उपकरणों के लिए, हीटर चयन और तरल संचलन को एक थर्मल डिज़ाइन समस्या के रूप में माना जाना चाहिए।
हीटर से गर्मी दूर होनी चाहिए
एक विसर्जन हीटर अपनी सक्रिय सतह पर विद्युत ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करता है। फिर आसपास के तरल पदार्थ को उस गर्मी को दूर ले जाना चाहिए।
एक सरलीकृत ऊष्मा स्थानांतरण संबंध है:
क्यू=hAΔT
कहाँQऊष्मा स्थानांतरित होती है,hप्रभावी ऊष्मा अंतरण गुणांक है,Aसतह क्षेत्र को गर्म कर रहा है, औरΔTतापन सतह और आसपास के तरल के बीच तापमान का अंतर है।
द्रव परिसंचरण प्रभावित होता हैh. जब हीटर के चारों ओर प्रवाह कमजोर होता है, तो थर्मल सीमा परत मोटी हो सकती है और गर्मी हस्तांतरण कम प्रभावी हो सकता है।
हीटर अभी भी अपेक्षित विद्युत शक्ति का उपभोग कर सकता है, लेकिन टैंक के अंदर तापमान वितरण असमान हो सकता है।
प्राकृतिक संवहन हमेशा पर्याप्त नहीं होता है
जब हीटर के पास तरल गर्म हो जाता है, तो इसका घनत्व बदल सकता है और प्राकृतिक संवहन शुरू हो सकता है। यह बिना पंप के परिसंचरण बना सकता है।
हालाँकि, प्राकृतिक संवहन की प्रभावशीलता द्रव गुणों, तापमान अंतर, टैंक ज्यामिति, हीटर अभिविन्यास और चिपचिपाहट पर निर्भर करती है।
एक गहरे टैंक में कम {{0}चिपचिपाहट वाला तरल पदार्थ अपेक्षाकृत आसानी से प्रसारित हो सकता है। एक सांद्र या चिपचिपा रासायनिक घोल अलग तरह से व्यवहार कर सकता है।
यही कारण है कि एक हीटर जो एक रासायनिक स्नान में अच्छा प्रदर्शन करता है, उससे स्वचालित रूप से विभिन्न तरल गुणों के साथ दूसरे स्नान में समान तापमान एकरूपता प्रदान करने की उम्मीद नहीं की जा सकती है।
यांत्रिक परिसंचरण तापीय वातावरण को बदल देता है
पंप, आंदोलनकारी और प्रक्रिया प्रवाह हीटिंग सतह के चारों ओर तरल आंदोलन को काफी बढ़ा सकते हैं।
महत्वपूर्ण विचार केवल नाममात्र पंप प्रवाह दर नहीं है। हीटर के चारों ओर प्रवाह की दिशा और स्थानीय वेग भी मायने रखते हैं।
उदाहरण के लिए, एक रिटर्न लाइन टैंक के एक तरफ के पास मजबूत परिसंचरण बना सकती है जबकि विपरीत तरफ को अपेक्षाकृत स्थिर छोड़ सकती है।
इसी तरह, एक मजबूत डिस्चार्ज स्ट्रीम के ठीक सामने स्थापित हीटर को कम प्रवाह वाले कोने में स्थित किसी अन्य हीटर से बहुत अलग गर्मी हस्तांतरण स्थितियों का अनुभव हो सकता है।
इसलिए हीटर के स्थान का मूल्यांकन परिसंचरण पैटर्न के साथ किया जाना चाहिए।
हीटर की स्थिति परिसंचरण को प्रभावित कर सकती है
A पीटीएफई विसर्जन हीटरटैंक की दीवार के बहुत करीब स्थापित होने से इसकी हीटिंग सतह के हिस्से के आसपास तरल की गति बाधित हो सकती है।
आंतरिक पाइप और संरचनात्मक घटक समान मृत क्षेत्र बना सकते हैं।
एक कॉम्पैक्ट टैंक के लिए, कई आयामों की समीक्षा की जानी चाहिए:
हीटर से -दीवार की निकासी
हीटर से -नीचे से निकासी
आंतरिक पाइपिंग से दूरी
परिसंचरण आउटलेट से दूरी
वर्कपीस लोडिंग क्षेत्रों से दूरी
सक्रिय ताप अनुभाग का उन्मुखीकरण
लक्ष्य अनावश्यक प्रवाह प्रतिबंध पैदा किए बिना सक्रिय सतह के आसपास पर्याप्त तरल विनिमय बनाए रखना है।
हीटिंग एरिया और सर्कुलेशन एक साथ काम करते हैं
एक उदाहरणात्मक 12 किलोवाट हीटिंग आवश्यकता पर विचार करें।
| तापन व्यवस्था | शक्ति | सक्रिय क्षेत्र | औसत ताप प्रवाह | परिसंचरण स्थिति |
|---|---|---|---|---|
| सघन क्षेत्र | 12 किलोवाट | 0.60 m² | 20 किलोवाट/वर्ग मीटर | कमज़ोर |
| वितरित क्षेत्र | 12 किलोवाट | 1.20 m² | 10 किलोवाट/वर्ग मीटर | मध्यम |
| वितरित क्षेत्र | 12 किलोवाट | 1.20 m² | 10 किलोवाट/वर्ग मीटर | मज़बूत |
औसत ताप प्रवाह की गणना निम्न से की जाती है:
q = P/A
ये आंकड़े सार्वभौमिक परिचालन सीमाओं के बजाय उदाहरणात्मक हैं।
तुलना से पता चलता है कि अकेले बिजली थर्मल प्रदर्शन का वर्णन क्यों नहीं करती है। वही 12 किलोवाट हीटिंग क्षेत्र और तरल आंदोलन के आधार पर विभिन्न परिचालन स्थितियों का उत्पादन कर सकता है।
खराब परिसंचरण तापमान नियंत्रण को बिगाड़ सकता है
मान लीजिए कि एक तापमान सेंसर टैंक के एक अच्छी तरह से मिश्रित खंड में स्थित है, जबकि हीटर कम प्रवाह क्षेत्र में है।
सेंसर धीरे-धीरे लक्ष्य तापमान तक पहुंच सकता है, जिससे नियंत्रक को लंबे समय तक हीटिंग बनाए रखना पड़ सकता है। इस बीच, हीटर के आसपास का तरल पदार्थ मापा थोक तापमान से काफी अधिक गर्म हो सकता है।
विपरीत स्थिति तब भी हो सकती है जब सेंसर एक मजबूत परिसंचरण पथ के करीब स्थित होता है जबकि दूसरा क्षेत्र खराब मिश्रित रहता है।
कई बिंदुओं पर तापमान मानचित्रण से कमीशनिंग के दौरान इन स्थितियों की पहचान करने में मदद मिल सकती है।
चिपचिपापन परिसंचरण को और अधिक महत्वपूर्ण बनाता है
रासायनिक सांद्रता चिपचिपाहट को प्रभावित कर सकती है। जैसे-जैसे चिपचिपाहट बढ़ती है, द्रव की गति अधिक कठिन हो सकती है और प्राकृतिक संवहन कमजोर हो सकता है।
इससे यांत्रिक परिसंचरण का महत्व बढ़ सकता है, खासकर जब पर्याप्त ताप शक्ति की आवश्यकता होती है।
इसलिए उच्च चिपचिपाहट वाली प्रक्रिया को वास्तविक द्रव गुणों की जांच किए बिना पानी जैसी परिसंचरण धारणाओं का उपयोग करके आकार नहीं दिया जाना चाहिए।
थर्मल डिज़ाइन में घनत्व, चिपचिपाहट, विशिष्ट ताप क्षमता, ऑपरेटिंग तापमान और परिसंचरण विधि पर एक साथ विचार करना चाहिए।
चयन के दौरान सर्कुलेशन का मूल्यांकन कैसे करें
उपकरण विनिर्देश में कई व्यावहारिक प्रश्न शामिल किए जा सकते हैं:
सामान्य प्रक्रिया प्रवाह दर क्या है?
तरल टैंक में कहाँ प्रवेश करता है और कहाँ से निकलता है?
क्या यांत्रिक आंदोलन उपलब्ध है?
टैंक के किन क्षेत्रों में परिसंचरण कमजोर है?
हीटर कहाँ स्थापित किया जाएगा?
तापमान कहाँ मापा जाएगा?
क्या तापमान या सांद्रता के साथ चिपचिपाहट में महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है?
ये विवरण यह निर्धारित करने में मदद करते हैं कि क्या एक वितरित ताप क्षेत्र या कई छोटे क्षेत्र अधिक उपयुक्त हैं।
पावर बढ़ाने से पहले सर्कुलेशन पर विचार करना चाहिए
यदि किसी टैंक में तापमान की एकरूपता खराब है, तो केवल हीटर की वाट क्षमता बढ़ाने से अंतर्निहित परिसंचरण समस्या का समाधान किए बिना स्थानीय थर्मल लोड बढ़ सकता है।
एक बेहतर तरीका हीटिंग सतह क्षेत्र, हीटर की स्थिति, प्रवाह दिशा, तापमान सेंसर स्थान और द्रव गुणों की एक साथ जांच करना है।
एक के लिएपीटीएफई विसर्जन हीटर, कुशल ताप स्थानांतरण विद्युत इनपुट से कहीं अधिक पर निर्भर करता है। पर्याप्त तरल संचलन पीटीएफई सतह से गर्मी को प्रक्रिया मात्रा में ले जाने में मदद करता है और अधिक सुसंगत स्नान तापमान का समर्थन करता है।
जब परिसंचरण सीमित होता है, टैंक ज्यामिति अनियमित होती है, या रासायनिक समाधान में उच्च चिपचिपापन होता है, तो वास्तविक प्रवाह पैटर्न, सक्रिय हीटिंग क्षेत्र, विसर्जन गहराई और आवश्यक प्रक्रिया तापमान के आसपास एक अनुकूलित हीटर व्यवस्था विकसित की जा सकती है।
