Ako vypočítať požadovaný čas ohrevu-pre PTFE ohrievač v nádrži s ponorenými studenými obrobkami?

Sud so studenými oceľovými spojovacími prvkami sa vhodí do teplej nádrže na kyselinu, ktorá sa má pokovovať. Teplota roztoku sa rýchlo zníži o niekoľko stupňov, pretože teplo rýchlo prechádza do kovovej záťaže. Ohrievač potom musí nahradiť teplotu kvapaliny, ako aj teplotu stien nádrže, prípravkov a ponorených obrobkov. Výpočty veľkosti ohrievača, ktoré prehliadajú tepelnú hmotnosť vstupujúcich častí, majú tendenciu viesť k pomalému času zotavenia, nestabilným procesným teplotám a nižšej výrobnej kapacite.

Ťažkosti pri výpočte časov ohrevu PTFE ohrievača pre studené obrobky spočívajú v tom, že každý kilogram studeného kovu vstupujúceho do kúpeľa je obrovským tepelným drezom. Samotné kusy sú obrovská studená špongia na teplo, ktorá vysáva energiu z prevádzky, kým sa nevytvorí tepelná rovnováha.

Pochopenie tepelnej bilancie procesnej nádrže |
PTFE ponorný ohrievač neohrieva iba kvapalinu. Pri dávkovom nakladaní/spúšťaní musí byť tepelná energia dodávaná niekoľkým hmotám súčasne.

Celková tepelná záťaž zvyčajne zahŕňa:

Tekutý proces

Architektúra tanku

Kovania, koše alebo stojany

Obrobky ponorené

Stabilný odvod tepla do okolia

Každý komponent absorbuje teplo podľa svojej hmotnosti, kvality materiálu a potrebného zvýšenia teploty.

Ohrievač musí mať dostatočný výkon na zahriatie všetkých týchto prvkov z ich počiatočnej teploty na ich konečnú prevádzkovú teplotu vo vhodnom čase zahriatia-.

Prečo studené obrobky nastaviť tepelné zaťaženie
Pri mnohých činnostiach galvanického pokovovania, eloxovania a chemického spracovania je najvyššia tepelná hmota vstupujúca do nádrže obrobok.

Oceľové komponenty sú obzvlášť dôležité, pretože kombinujú:

Vysoká hustota

Hromadná dávka veľká

Stredná tepelná kapacita

Špecifické teplo ocele je približne:

c_{oceľ} \\cca 0,5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}csteel​≈0,5 kJ/kg⋅K

To znamená, že značné množstvo ocele potrebuje veľké množstvo tepelnej energie na dosiahnutie aj malého zvýšenia teploty.

Napríklad 1 tona ocele zahriatej na 30 stupňov C absorbuje približne:

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× kJ{11}

Táto energetická potreba je prítomná ešte predtým, ako môžete opäť dosiahnuť stabilné procesné teploty.

Pri dávkových procesoch so sudmi, stojanmi alebo hustými prípravkami môže byť hmotnosť náplne obrobku rovnaká alebo väčšia ako tepelná hmotnosť samotnej kvapaliny.

Základná rovnica tepelnej energie
Energiu na ohrev akéhokoľvek materiálu možno určiť pomocou základného vzťahu prenosu tepla:

Q=mcΔT Q=mc \\Delta TQ=mcΔT

kde:

QQQ=potreboval tepelnú energiu

hmotnosť=MMM

ccc=tepelná kapacita

ΔT=zvýšenie teploty

Tento výpočet sa musí vykonať nezávisle pre:

Postupový likér

Kusy

Konštrukcia nádrže

Akékoľvek veľké police alebo príslušenstvo

Potom sa získané hodnoty energie pripočítajú na získanie celkovej potreby vykurovania.

Výpočet tepelnej záťaže kvapaliny
Procesná kvapalina je zvyčajne základná tepelná záťaž.

Riešenia na báze vody majú relatívne vysokú špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa blíži k:

cvoda≈4,18 kJ/kg⋅K

Nádrže na pokovovanie a chemikálie majú niekedy veľkosť stoviek alebo tisícok litrov, takže samotné varenie kvapaliny môže vyžadovať veľa energie.

Avšak vo výrobe môže neustále zavádzanie studených kovových dielov čoskoro spôsobiť, že zaťaženie obrobku bude rovnako dôležité.

Hrubým pravidlom na určenie celkovej tepelnej záťaže je pripočítať hmotnosť diela k hmotnosti kvapaliny. Táto aproximácia môže poskytnúť hrubý predbežný odhad, ale pre prísny technický výpočet sú príspevky kvapaliny a obrobku oddelené pre lepšiu presnosť, pretože materiály majú veľmi odlišné špecifické tepelné kapacity.

Výpočet požadovaného výkonu ohrievača
Po vypočítaní celkovej potrebnej tepelnej energie je možné vypočítať minimálny výkon ohrievača vydelením celkovej energie požadovaným-časom ohrevu.

Vzťah je nasledovný:

P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ​

kde:

PPP=potrebný vykurovací výkon

QQQ=celková tepelná energia

ttt=ponechal čas na zahriatie-

Vyšší inštalovaný výkon je potrebný v prípade rýchlej obnovy po zaťažení studených dielov.

Napríklad:

Nižší výkon ohrievača poskytuje dlhú dobu zotavenia

Krátky cieľ obnovy vyžaduje oveľa vyššiu hustotu výkonu

Toto spojenie je základom všetkých odhadov doby ohrevu PTFE ohrievača za studena obrobkov.

Vzhľadom na tepelné straty v nádržiach
V každom prípade počas zahrievania- sa časť výkonu ohrievača vždy stratí pre okolie.

Typické mechanizmy tepelných strát sú:

Konvekcia v stenách nádrže

Povrchové odparovanie kvapaliny

Žiarenie do okolitého vzduchu

Straty vetraním

Tieto straty sú vo všeobecnosti menšie ako energia potrebná na ohrev kvapaliny a obrobkov, ale zvyšujú celkovú potrebu ohrievača.

Tepelné straty sú výraznejšie, keď:

Dlhšie časy zahrievania-

Nádrže sú prevádzkované pri vysokej teplote

Veľká plocha

Rýchlosť vetrania je vyššia

Slabá izolácia

Tieto pokračujúce straty sú zvyčajne zohľadnené dodatočnou bezpečnostnou rezervou v realistickom odhade návrhu.

Prečo na hustote wattov stále záleží
Malý ohrievač PTFE nemôže byť zameraný len na veľké požiadavky na vykurovací výkon.

Veľká chemická odolnosť PTFE je kompenzovaná o niečo nízkou tepelnou vodivosťou. Príliš vysoká hustota wattov prehrieva povrch plášťa a znižuje životnosť ohrievača.

Aj pri vysokom výkone sa musia dodržiavať obmedzenia wattovej hustoty PTFE plášťa.

Značná tepelná záťaž si teda zvyčajne vyžaduje:

Rôzne ponorné ohrievače

Dlhšie dĺžky ohrievačov

Zväčšenie povrchovej plochy plášťa

Dizajn ohrievača s nízkou hustotou wattov

Táto konštrukčná metóda umožňuje bezpečnejšie odvádzanie tepla pri udržiavaní teplôt plášťa v prijateľných medziach.

Nezohľadnenie limitov hustoty wattov pri výbere ohrievača môže mať za následok:

Prehrejte PTFE

Znížená životnosť ohrievača

Teplota plášťa je príliš vysoká

Chemické poškodenie v blízkosti povrchu ohrievača

Dávkové spracovanie má za následok periodické tepelné zaťaženie.
Nádrže na kontinuálne spracovanie sú vo všeobecnosti prevádzkované v blízkosti ustáleného-stavu. Dávkové operácie fungujú inak.

Každá várka studených častí predstavuje prechodné, ale významné tepelné narušenie.

Závažnosť tohto narušenia závisí od:

Čiastková hmotnosť

druh materiálu

Teplota počiatočnej časti

Frekvenčné zaťaženie 3

Čas na zotavenie

Ak budete neustále liať studenú oceľ do horúcej procesnej nádrže, môžete stlačiť ohrievač, aby bežal takmer na plný úväzok.

Ak je inštalovaný vykurovací výkon príliš malý, procesná teplota sa medzi výrobnými cyklami nemusí nikdy úplne obnoviť.

#### Vzťah medzi tepelnou zotrvačnosťou a efektívnosťou výroby
Konzistencia výroby je priamo ovplyvnená tepelnou zotrvačnosťou.

Pomalá obnova teploty môže ovplyvniť:

Sadzby za pokovovanie

Reakčná kinetika

Etch Results

Viskozita

Kvalita povrchovej úpravy

Teplotná nestabilita systémov elektrolytického pokovovania môže tiež ovplyvniť rovnomernosť hrúbky povlaku a opakovateľnosť procesu.

Správne dimenzovanie ohrievačov je teda problémom tepelnej techniky a problémom kvality procesu.

Tepelná hmotnosť diela vstupujúceho do nádrže by sa mala považovať za neoddeliteľnú súčasť celkového návrhu vykurovacieho systému.

Záver
Potrebný čas zahriatia-ponorného ohrievača z PTFE je výrazne dlhší ako výpočet objemu kvapaliny. Celková tepelná potreba systému je silne ovplyvnená hmotnosťou, typom materiálu a počiatočnou teplotou ponorených obrobkov.

Komponenty zo studenej ocele majú špecifické teplo asi 0,5 kJ/kg·K a absorbujú obrovské množstvo energie počas ohrevu a často sa stávajú jedným z najväčších chladičov v procesnej nádrži. Minimálny výkon ohrievača je možné vypočítať pridaním celkovej energie potrebnej na ohrev kvapaliny, konštrukcie nádrže, príslušenstva a častí a porovnaním s požadovaným časom obnovy.

Zároveň je potrebné, aby sa obmedzenia hustoty PTFE vo wattoch udržiavali v prijateľných pracovných rozsahoch, čo si zvyčajne vyžaduje použitie mnohých ohrievačov alebo väčších konštrukcií s nízkou{0}}hustotou, aby sa teplo správne rozptýlilo.

Pri praktickom návrhu procesného ohrevu sú hmotnosť a druh dielov vstupujúcich do vane neoddeliteľné od samotného výpočtu veľkosti ohrievača. Ak neberiete do úvahy túto tepelnú hmotu, je takmer zaručené, že budete mať frustrujúco oneskorenú reakciu procesu. Množstvo tepla, ktoré sa musí vložiť, je tiež funkciou toho, čo ide do nádrže, pokiaľ ide o kovovú hmotu.