Kako izračunati potreben čas segrevanja za PTFE grelec v rezervoarju s potopljenimi hladnimi obdelovanci?

Sod s pritrdilnimi elementi iz hladnega jekla se spusti v posodo s toplo kislino, da se pokrije. Temperatura raztopine se hitro zniža za nekaj stopinj, saj se toplota hitro premika v kovinsko obremenitev. Grelec mora nato nadomestiti temperaturo tekočine, pa tudi temperaturo sten rezervoarja, vpenjal in potopljenih obdelovancev. Izračuni velikosti grelnika, ki spregledajo toplotno maso vstopnih delov, vodijo do počasnega časa okrevanja, nestabilnih procesnih temperatur in nižjega pretoka proizvodnje.

Težava pri izračunu časa segrevanja PTFE grelnika za hladne obdelovance je v tem, da je vsak kilogram hladne kovine, ki vstopi v kopel, velik toplotni ponor. Sami kosi so ogromna, hladna goba za toploto, ki posrkajo energijo delovanja, dokler se ne vzpostavi toplotno ravnovesje.

Razumevanje toplotne bilance procesnega rezervoarja |
PTFE potopni grelec ne segreva le tekočine. Pri šaržnem nalaganju/zagonu je treba toplotno energijo dati več masam hkrati.

Skupna toplotna obremenitev običajno vključuje:

Tekočinski proces

Arhitektura rezervoarja

Pribor, košare ali stojala

Obdelovanci potopljeni

Enakomerno odvajanje toplote v okolje

Vsaka komponenta absorbira toploto glede na svojo maso, kakovost materiala in potrebno povišanje temperature.

Grelnik mora imeti ustrezno moč, da segreje vse te elemente od njihove začetne temperature do njihove končne delovne temperature v ustreznem-času ogrevanja.

Zakaj hladni obdelovanci nastavijo toplotno obremenitev
Pri številnih dejavnostih galvanizacije, eloksiranja in kemične obdelave je največja toplotna masa, ki vstopa v rezervoar, obdelovanec.

Jeklene komponente so še posebej pomembne, saj združujejo:

Visoka gostota

Serija v razsutem stanju velika

Zmerna toplotna zmogljivost

Približna specifična toplota jekla je:

c_{jeklo} \\približno 0,5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}cjeklo​≈0,5 kJ/kg⋅K

To pomeni, da znatna količina jekla potrebuje veliko količino toplotne energije, da doseže celo majhna povišanja temperature.

Na primer, 1 tona jekla, segretega na 30 stopinj C, absorbira približno:

Q=mcΔT=1000×0,5×30=15000 kJQ=mc\\Delta T=1000 \\krat 0,5 \\krat 30=15000\\ \\mathrm{kJ}Q=mcΔT=1000×0,5×30=15000 kJ

Ta energetska zahteva je tam, preden sploh lahko spet dosežete stabilne procesne temperature.

Pri šaržnih postopkih s sodi, regali ali gostimi vpenjali je lahko masa obremenitve obdelovanca enaka ali večja od toplotne mase same tekočine.

Osnovna enačba toplotne energije
Energijo za ogrevanje katerega koli materiala je mogoče določiti z uporabo osnovnega razmerja prenosa toplote:

Q=mcΔT Q=mc \\Delta TQ=mcΔT

kje:

QQQ=potrebna toplotna energija

teža=MMM

ccc=toplotna kapaciteta

ΔT=povišanje temperature

Ta izračun je treba opraviti neodvisno za:

Postopek alkoholne pijače

Kosi

Konstrukcija rezervoarja

Vse ogromne police ali napeljave

Nato dobljene vrednosti energije seštejemo, da dobimo skupno potrebo po ogrevanju.

Izračun toplotne obremenitve tekočine
Procesna tekočina je običajno osnovna toplotna obremenitev.

Raztopine na vodni osnovi imajo relativno visoko specifično toplotno kapaciteto, ki se približuje:

cvoda≈4,18 kJ/kg⋅K

Posode za oplaščenje in kemikalije so včasih velike na stotine ali tisoče litrov, zato lahko samo prekuhavanje tekočine zahteva veliko energije.

Vendar pa lahko v proizvodnji zaradi stalnega uvajanja hladnih kovinskih delov kmalu postane obremenitev obdelovanca enako pomembna.

Grobo pravilo za določanje skupne toplotne obremenitve je, da se masa dela prišteje masi tekočine. Ta približek lahko poda grobo predhodno oceno, toda za natančen inženirski izračun so prispevki tekočine in obdelovanca ločeni za večjo natančnost, saj imajo materiali zelo različne specifične toplotne kapacitete.

Izračun potrebne moči grelnika
Ko je bila izračunana skupna zahtevana toplotna energija, je mogoče izračunati najmanjšo moč grelnika tako, da skupno energijo delite z želenim časom segrevanja.

Razmerje je naslednje:

P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ​

kje:

PPP=potrebna ogrevalna moč

QQQ=skupna toplotna energija

ttt=dovoljen čas za segrevanje-

V primeru hitrega okrevanja po nalaganju hladnih delov je potrebna večja instalirana moč.

Na primer:

Manjša moč grelnika zagotavlja dolg čas okrevanja

Cilj kratke obnovitve zahteva veliko večjo gostoto moči

Ta povezava je osnova za vse ocene časa segrevanja hladnih obdelovancev za PTFE grelnik.

Upoštevanje toplotnih izgub v rezervoarjih
V vsakem primeru se med segrevanjem-nekaj moči grelnika vedno izgubi v okolico.

Tipični mehanizmi toplotnih izgub so:

Konvekcija v stenah rezervoarja

Površinsko izhlapevanje tekočine

Sevanje zunanjega zraka

Prezračevalne izgube

Te izgube so na splošno manjše od energije, potrebne za segrevanje tekočine in obdelovancev, vendar prispevajo k skupni potrebi po grelniku.

Toplotne izgube postanejo večje, ko:

Daljši{0}}časi ogrevanja

Cisterne delujejo pri visoki temperaturi

Velika površina

Stopnje prezračevanja so večje

Slaba izolacija

Te stalne izgube so običajno dovoljene z dodatno varnostno rezervo v realistični projektni oceni.

Zakaj je gostota vatov še vedno pomembna
Majhnega PTFE grelnika ni mogoče osredotočiti samo na velike zahteve po ogrevalni moči.

Velika kemična odpornost PTFE je izravnana z nekoliko nizko toplotno prevodnostjo. Previsoka vatna gostota pregreje površino plašča in skrajša življenjsko dobo grelnika.

Tudi pri visoki moči je treba upoštevati omejitve vatne gostote PTFE plašča.

Tako znatne toplotne obremenitve običajno zahtevajo:

Različni potopni grelci

Daljše dolžine grelnikov

Povečanje površine plašča

Zasnove grelnikov z nizko vatno gostoto

Ta način načrtovanja omogoča varnejše odvajanje toplote, hkrati pa ohranja temperature plašča v sprejemljivih mejah.

Neupoštevanje omejitev gostote vatov pri izbiri grelnika lahko povzroči:

Pregrejte PTFE

Zmanjšana življenjska doba grelnika

Temperatura plašča je previsoka

Kemično poslabšanje blizu površine grelnika

Serijska obdelava povzroči periodične toplotne obremenitve.
Rezervoarji z neprekinjenim procesom na splošno delujejo blizu pogojev-stacionarnega stanja. Paketne operacije delujejo drugače.

Vsaka serija hladnih delov povzroči prehodno, a znatno toplotno motnjo.

Resnost te motnje je odvisna od:

Delna masa

vrsta materiala

Temperatura začetnega dela

Frekvenčna obremenitev 3

Čas za okrevanje

Če še naprej točite hladno jeklo v vroč procesni rezervoar, lahko grelnik potisnete tako, da deluje skoraj polno.

Če je nameščena zmogljivost ogrevanja premajhna, se procesna temperatura med proizvodnimi cikli morda nikoli ne bo popolnoma obnovila.

#### Razmerje med toplotno vztrajnostjo in proizvodno učinkovitostjo
Na skladnost izdelave neposredno vpliva toplotna vztrajnost.

Počasno okrevanje temperature lahko vpliva na:

Cene za galvanizacijo

Kinetika reakcije

Etch Rezultati

Viskoznost

Kakovost površinske obdelave

Temperaturna nestabilnost sistemov za galvanizacijo lahko vpliva tudi na enakomernost debeline nanosa in ponovljivost postopka.

Pravilno dimenzioniranje grelnikov je torej problem toplotne tehnike in problem kakovosti procesa.

Toplotno maso dela, ki gre v rezervoar, je treba obravnavati kot sestavni del celotne zasnove ogrevalnega sistema.

Zaključek
Potreben čas segrevanja PTFE potopnega grelnika je znatno daljši od izračuna prostornine tekočine. Na celotno toplotno porabo sistema močno vplivajo masa, vrsta materiala in začetna temperatura potopljenih obdelovancev.

Komponente hladnega jekla imajo specifično toploto približno 0,5 kJ/kg·K in med segrevanjem absorbirajo ogromno energije ter pogosto postanejo eden največjih ponorov toplote v procesnem rezervoarju. Najmanjšo moč grelnika je mogoče izračunati tako, da sešteje skupno energijo, potrebno za ogrevanje tekočine, zgradbe rezervoarja, napeljav in delov, ter jo primerja z želenim časom obnovitve.

Hkrati je treba omejitve vatne gostote PTFE ohraniti znotraj sprejemljivih delovnih razponov, kar običajno zahteva uporabo številnih grelnikov ali večjih zasnov z nizko -gostoto za pravilno razpršitev toplote.

V praktični zasnovi procesnega ogrevanja sta teža in vrsta delov, ki gredo v kad, neločljivi od samega izračuna velikosti grelnika. Če ne upoštevate te toplotne mase, je skoraj zagotovljeno, da boste imeli frustrirajoče zapoznel odziv procesa. Količina toplote, ki jo je treba vnesti, je tudi funkcija kovinske mase, ki gre v rezervoar.