Hvordan beregne den nødvendige varme-oppvarmingstiden for en PTFE-varmer i en tank med nedsenkede kalde arbeidsstykker?

En tønne med kalde stålfester slippes ned i en varm syretank for å belegges. Temperaturen på løsningen synker raskt noen grader ettersom varmen beveger seg raskt inn i metalllasten. Varmeapparatet må da erstatte temperaturen på væsken så vel som temperaturen på veggene i tanken, armaturer og nedsenkede arbeidsstykker. Varmeberegninger som overser den termiske massen til de inngående delene har en tendens til å føre til langsom gjenopprettingstid, ustabile prosesstemperaturer og lavere produksjonsgjennomstrømning.

Vanskeligheten med å beregne oppvarmingstider for PTFE-varmeren for kalde arbeidsstykker er at hvert kilo kaldt metall som kommer inn i badekaret er en enorm varmevask. Bitene i seg selv er en enorm, kald svamp for varme, som suger opp energi fra operasjonen til termisk likevekt er etablert.

Forstå varmebalansen til en prosesstank |
PTFE el-varmeren varmer ikke bare væsken. Ved batchlasting/oppstart må termisk energi gis til flere masser samtidig.

Den totale varmebelastningen inkluderer vanligvis:

Den flytende prosessen

Tankarkitekturen

Beslag, kurver eller stativer

Arbeidsstykkene nedsenket

Jevn varmespredning til miljøet

Hver komponent absorberer varme i henhold til dens masse, materialkvaliteter og nødvendig temperaturøkning.

Varmeren må ha tilstrekkelig kraft til å varme opp alle disse elementene fra den opprinnelige temperaturen til den endelige driftstemperaturen i riktig oppvarmings-tid.

Hvorfor kalde arbeidsstykker setter varmebelastningen
I mange elektropletterings-, anodiserings- og kjemiske prosesseringsaktiviteter er den høyeste termiske massen som kommer inn i tanken arbeidsstykket.

Stålkomponenter er av spesiell betydning da de kombinerer:

Høy tetthet

Batch bulk stor

Moderat varmekapasitet

Omtrent den spesifikke varmen til stål er:

c_{stål} \\ca. 0,5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}cstål​≈0,5 kJ/kg⋅K

Dette betyr at en betydelig mengde stål krever en stor mengde termisk energi for å oppnå selv små temperaturøkninger.

For eksempel vil 1 tonn stål oppvarmet til 30 grader C absorbere ca:

Q=mcΔT=1000×0,5×30=15000 kJQ=mc\\Delta T=1000 \\times 0,5 \\times 30=15000\\ \\mathrm{kJ}Q=mcΔT=1000×0,5×J30=15000

Det energibehovet er der før du i det hele tatt kan få stabile prosesstemperaturer igjen.

I batch-prosesser med fat, stativer eller tette armaturer kan massen til arbeidsstykket være lik eller større enn den termiske massen til selve væsken.

Den grunnleggende varmeenergiligningen
Energien for å varme opp ethvert materiale kan bestemmes ved å bruke det grunnleggende varmeoverføringsforholdet:

Q=mcΔT Q=mc \\Delta TQ=mcΔT

Hvor:

QQQ=trengte termisk energi

vekt=MMM

ccc=varmekapasitet

ΔT=økning i temperatur

Denne beregningen må gjøres uavhengig for:

Prosedyren brennevin

Brikkene

Tankkonstruksjonen

Eventuelle store hyller eller inventar

Deretter legges de oppnådde energiverdiene til for å få det totale oppvarmingsbehovet.

Beregning av væskevarmebelastningen
Prosessvæsken er normalt den termiske grunnbelastningen.

Vannbaserte løsninger har en relativt høy spesifikk varmekapasitet, som nærmer seg:

cvann≈4,18 kJ/kg⋅K

Plating og kjemikalietanker er noen ganger hundrevis eller tusenvis av liter store, så bare å koke væsken alene kan ta mye kraft.

Men i produksjonen kan kontinuerlig introduksjon av kalde metalldeler snart gjøre belastningen av arbeidsstykket like viktig.

En grov tommelfingerregel for å bestemme den totale varmebelastningen er å legge massen av arbeidet til massen av væsken. Denne tilnærmingen kan gi et grovt foreløpig estimat, men for en streng ingeniørberegning skilles væske- og arbeidsstykkebidragene for bedre nøyaktighet, siden materialene har svært forskjellige spesifikke varmekapasiteter.

Beregner nødvendig varmeeffekt
Etter at den totale varmeenergien som kreves er beregnet, kan minimum varmeenergi beregnes ved å dele den totale energien med ønsket oppvarmingstid.

Forholdet er som følger:

P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ​

Hvor:

PPP=nødvendig varmekraft

QQQ=total termisk energi

ttt=fikk tid til å varmes opp-

Høyere installert effekt er nødvendig ved rask gjenoppretting etter lasting av kalde deler.

For eksempel:

Lavere varmeeffekt gir lang gjenopprettingstid

Et kort gjenopprettingsmål krever mye høyere effekttetthet

Denne tilkoblingen er grunnlaget for alle estimater for oppvarmingstid for kalde arbeidsstykker av PTFE-varmer.

Med tanke på varmetap i tanker
I alle fall, under oppvarming-, går noe av varmeren alltid tapt til omgivelsene.

Typiske mekanismer for varmetap er:

Konveksjon i tankvegger

Overflatefordampning av væsken

Stråling til omgivelsesluften

Ventilasjonstap

Disse tapene er generelt mindre enn energien som trengs for å varme opp væsken og arbeidsstykkene, men de øker det totale varmebehovet.

Varmetap blir større når:

Lengre-oppvarmingstider

Tanker drives ved høy temperatur

Stor overflate

Ventilasjonshastighetene er større

Dårlig isolasjon

Disse vedvarende tapene er vanligvis tillatt med en ekstra sikkerhetsmargin i et realistisk designestimat.

Hvorfor Watt-tetthet fortsatt er viktig
En liten PTFE-varmer kan ikke bare fokuseres på store varmeeffektbehov.

Den store kjemiske motstanden til PTFE oppveies av en noe lav varmeledningsevne. For høy watttetthet overoppheter kappeoverflaten og reduserer varmerens levetid.

Selv ved høy effekt må begrensningene for watt-tettheten til PTFE-kappen følges.

Derfor krever betydelige varmebelastninger vanligvis:

Ulike el-varmere

Lengre lengder på varmeovner

Økning av overflateareal av kappe

Varmeovner med lav watttetthet

Denne designmetoden gjør at varmen kan avledes sikrere samtidig som kappetemperaturene holdes innenfor akseptable grenser.

Å ikke vurdere grenser for watttetthet i valg av varmeapparat kan resultere i:

Overoppheting av PTFE

Redusert levetid for varmeren

Hylsetemperaturen er for høy

Kjemisk forringelse nær varmeoverflaten

Batchbehandling resulterer i periodiske termiske belastninger.
Kontinuerlige prosesstanker drives vanligvis nær stabile-tilstandsforhold. Batchoperasjoner fungerer annerledes.

Hvert parti med kalde deler introduserer en forbigående, men betydelig termisk forstyrrelse.

Alvoret av denne forstyrrelsen er avhengig av:

Delvis masse

type materiale

Temperatur på innledende del

Frekvensbelastning 3

På tide å komme seg

Hvis du fortsetter å helle kaldt stål i en varm prosesstank, kan du presse varmeren til å gå nesten på fulltid.

Hvis den installerte varmekapasiteten er for liten, kan det hende at prosesstemperaturen aldri kommer seg helt tilbake mellom produksjonssyklusene.

#### Forholdet mellom termisk treghet og produksjonseffektivitet
Konsistensen i produksjonen påvirkes direkte av termisk treghet.

En langsom temperaturgjenoppretting kan påvirke:

Priser for plating

Reaksjonskinetikk

Etse resultater

Viskositet

Kvalitet på overflaten

Temperaturustabilitet til galvaniseringssystemer kan også påvirke jevnheten av avsetningstykkelsen og prosessens repeterbarhet.

Riktig dimensjonering av varmeovner er derfor et termisk teknisk problem og et problem med prosesskvalitet.

Den termiske massen av arbeidet som går inn i tanken bør betraktes som en integrert del av det totale varmesystemets design.

Konklusjon
Den nødvendige oppvarmingstiden- for en PTFE-dykkvarmer er betydelig lengre enn en beregning av væskevolumet. Systemets totale termiske behov er sterkt påvirket av massen, materialtypen og starttemperaturen til arbeidsstykkene som er nedsenket.

De kalde stålkomponentene har en spesifikk varme på ca. 0,5 kJ/kg·K og absorberer en enorm mengde energi under oppvarming, og blir ofte en av de største varmeavlederne i prosesstanken. Den minimale varmeeffekten kan beregnes ved å legge til den totale energien som er nødvendig for å varme opp væske, tankstruktur, inventar og deler, og sammenligne den med ønsket gjenvinningstid.

Samtidig må PTFE-watttetthetsbegrensninger holdes innenfor akseptable arbeidsområder, og krever vanligvis bruk av mange varmeovner eller større design med lav-tetthet for å spre varmen riktig.

I praktisk prosessoppvarmingsdesign er vekten og typen av deler som går inn i badekaret uatskillelige fra selve varmeapparatets størrelsesberegning. Hvis du ikke tar hensyn til den termiske massen, er du nesten garantert å få en frustrerende forsinket prosessrespons. Mengden varme som må legges inn er også en funksjon av hva som går inn i tanken når det gjelder metallmasse.