Ako dimenzovať PTFE ohrievač pre nádrž s plávajúcim plastovým krytom na potlačenie výparov?

Sú to úžasné spôsoby, ako potlačiť výpary a ušetriť energiu. Pridanie plávajúceho krytu do otvorenej nádrže je skvelý spôsob, ako znížiť výpary a ušetriť energiu. Ak však počítate príkon nového ohrievača pre krytú nádrž, zvyčajné pravidlo „watty-na-galón“ je príliš konzervatívne a zostane vám veľký a drahý ohrievač. Pridanie plávajúceho plastového krytu pozostávajúceho z dutých plastových guľôčok, pevnej penovej dosky alebo plávajúcich dlaždíc dramaticky mení tepelné správanie otvoreného kvapalného kúpeľa. Veko zabraňuje vyparovaniu, čo je hlavný spôsob tepelných strát pre väčšinu otvorených priemyselných nádrží. Ohrievač však musí byť dimenzovaný pre dve rôzne prevádzkové podmienky, počiatočné zahriatie a udržiavanie v ustálenom stave. Aby bolo možné správne dimenzovať ohrievače PTFE pre aplikácie s plávajúcim krytom nádrže, je potrebné pochopiť, ako kryt ovplyvňuje jednotlivé podmienky.

Prečo otvorené nádrže strácajú teplo rýchlejšie ako zakryté nádrže - Fyzika
Odkryté nádrže strácajú teplo tromi hlavnými mechanizmami:

Odparovanie: Molekuly odchádzajú z povrchu kvapaliny a odoberajú latentné teplo vyparovania. Toto je vo všeobecnosti najväčšia strata, najmä pri zvýšených teplotách (napr. . 60–90 stupňov ).

Konvekcia: Horúci vzduch nad kvapalinou stúpa a odvádza teplo preč z povrchu.

Žiarenie a vedenie cez steny nádrže: Teplo vyžaruje z povrchu kvapaliny a je vedené cez steny a dno nádrže.

Plávajúci kryt poskytuje bariéru medzi povrchom kvapaliny a atmosférou a výrazne znižuje straty odparovaním. Väčšina plávajúcich krytov má tiež určitú izolačnú hodnotu, čím sa minimalizujú konvekčné a radiačné straty z povrchu. V závislosti od konštrukcie krytu a prispôsobenia sa celkové tepelné straty z krytej nádrže môžu v skutočnosti znížiť o 50-70% v porovnaní s otvorenou nádržou. Kryt však nemodifikuje teplo potrebné na zvýšenie teploty objemovej kvapaliny zo studeného štartu na prevádzkovú teplotu.

Kryt nemá vplyv-na ohrev
Počiatočný vykurovací výkon závisí len od:

Hmotnosť kvapaliny (v kg alebo lb)

Špecifické teplo kvapaliny (pre roztoky na báze vody niekde okolo 4,18 kJ/kg stupňa alebo 1 BTU/lb stupeň F)

Požadovaný nárast teploty (okolitá k nastavenej hodnote, ΔT)

Povolený čas rampy (hodiny alebo minúty)

Alebo, v praktických číslach, pre vodu asi 2,5 watt{1}}h na galón na stupeň F (0,66 Wh/L· stupeň), pričom sa zanedbajú tepelné straty pri vykurovaní. Pridajte straty (ako by vždy mali byť) a pozeráte sa na približne 3-4 W/gal- stupeň F pre neizolovanú otvorenú nádrž. Plávajúci kryt nemá v tomto výpočte žiadny rozdiel. Je to preto, že na začiatku zahrievania je povrch kvapaliny studený a straty odparovaním sú malé až do dosiahnutia teploty blízkej nastavenej hodnote. Ešte dôležitejšie je, že veko neznižuje množstvo energie, ktoré je potrebné vložiť do tekutej hmoty. Spotreba elektriny na ohrev je teda úplne rovnaká ako pri nekrytej nádrži.

Sila údržby: Výrazne znížená
Keď je nádrž na prevádzkovej teplote, ohrievač musí jednoducho nahradiť teplo stratené do okolia. V otvorenej nádrži prevládajú straty odparovaním. Plávajúci kryt prakticky eliminuje straty odparovaním (ak je úplne utesnený) a znižuje straty konvekciou a sálaním. Zvyšok strát znášajú:

Steny a dno nádrže (vedenie)

Samotný plávajúci kryt (vedenie cez plast)

Akýkoľvek priestor medzi krytom a stenami nádrže

V praxi možno výkon údržby pre krytú nádrž odhadnúť ako 30 – 50 % hodnoty údržby otvorenej nádrže. Napríklad bežný moriaci alebo čistiaci kúpeľ na báze vody pri 60-70 stupňoch by mal udržiavať otvorenú nádrž asi 20-30 W/ft^2 povrchu kvapaliny plus straty na stenách. S plávajúcim plastovým guľovým krytom sa povrchové straty znížia na 5-10 W/ft2. Pevná plávajúca penová doska môže byť ešte nižšia.

Ako nastaviť veľkosť PTFE ohrievača pre krytú nádrž
Správna metodika dimenzovania je založená na 2 výpočtoch a väčší z 2 sa používa na výpočet inštalovaných wattov.

Krok 1: Výpočet tepelného výkonu-(Musí sa vykonať, zakryť alebo bez krytu)
Vypočítajte objem kvapaliny v galónoch alebo litroch

Vynásobte hustotou, aby ste dostali hmotnosť.

Vyberte čas rampy, ktorý je realistický (zvyčajne 2–4 hodiny pre väčšinu priemyselných nádrží).

Určte výkon potrebný na zahriatie kvapaliny z okolitého (napr. . 20 stupňov ) na požadovanú hodnotu (napr. . 70 stupňov ) za daný čas pomocou špecifického tepla kvapaliny.

Pridajte percento strát počas zahrievania- (približne 10-20 % pre krytú nádrž počas zahrievania, pretože povrch stále stráca určité teplo, keď teplota stúpa).

Nádrž na vodu s objemom 500 galónov (≈ 4000 lb) sa musí zahriať z 20 stupňov na 70 stupňov (ΔT=50 stupeň=90 stupeň F) za 3 hodiny. Teoreticky je energia 4 000 lb × 90 stupňov F × 1 BTU/lb· stupeň F=360 000 BTU. 360 000 BTU ÷ 3 412 BTU/kWh=105.5 kWh alebo prevedená na kW. Priemerný výkon=35.2 kW za 3+ hodín. Pridajte 15% na straty a dostanete asi 40 kW vykurovacieho výkonu.

Krok 2: Vypočítajte výkon údržby (menej kryt)
Odhadnite celkovú stratu tepla z krytej nádrže pri nastavenej hodnote. To zahŕňa:

Strata povrchu plávajúceho krytu (použite údaje výrobcu alebo technické odhady: ~5–10 W/ft^2 pre plastové guľôčky, ~3–6 W/ft^2 pre pevnú penovú fóliu pri 20-stupňovom rozdiele teplôt vzduchu-)

Straty na stene a dne (nezávislé od krytu, zvyčajne 5 až 15 W/ft² vonkajšej plochy nádrže)

Sčítaním týchto strát získate watty údržby v ustálenom stave.

Napríklad 500-galónová nádrž má povrch kvapaliny 20 stôp². Plávajúce plastové guličky, povrchová strata=8 W/ft 2=160 W. Plocha steny (bez vrchnej časti)=80 ft 2 Strata steny=10 W/ft 2=800 W Celková údržba=960 W (≈1 kW). Aj pri konzervatívnom bezpečnostnom faktore 2 je údržba stále len 2 kW.

Krok 3: Porovnanie a výber inštalovaného výkonu
Výkon ohrevu- (40 kW) je výrazne vyšší ako výkon údržby (1-2 kW). Inštalovaný príkon PTFE ohrievača musí byť minimálne 40 kW na požadovanú dobu ohrevu. Kryt túto požiadavku neznižuje. Keď je však nádrž na teplote, ohrievač sa vypne alebo bude pracovať vo veľmi nízkom pracovnom cykle, pričom odoberie iba 1-2 kW potrebné na vyrovnanie strát. Ide o značné zníženie energie v porovnaní s otvorenou nádržou, ktorá môže vyžadovať 4-6 kW na údržbu.

Pridaním krytu sa nádrž stane lepším-systémom v rovnovážnom stave, ale nemení to termodynamiku zahrievania z chladu. Dimenzovanie založené na samotnom udržiavacom výkone by poskytlo ohrievač, ktorý by bol schopný udržať teplotu, ale trvalo by neprimerane dlho (niekoľko hodín alebo dní), kým by dosiahol požadovanú hodnotu od studeného štartu.

Praktický návod na dimenzovanie PTFE ohrievača
Aplikácia plávajúceho krytu nádrže veľkosti ohrievača PTFE: Odporúčajú sa nasledujúce činnosti:

Vždy najskôr vypočítajte výkon ohrevu-pomocou objemu nádrže, požadovaného času rozbehu a špecifického tepla kvapaliny. To takmer vždy ovplyvní celkový inštalovaný výkon.

Odhadnite prevádzkové náklady a výpočtom udržiavacieho výkonu s nasadeným krytom sa uistite, že najnižší regulovateľný výkon ohrievača (ak používate regulátor výkonu) možno dostatočne znížiť, aby sa zabránilo prekročeniu teploty.

Neznižujte tepelný výkon vďaka krytu. Znamená to pomalé zahrievanie{1}}, neskoré spustenie výroby a nespokojných zákazníkov.

Používajte radšej niekoľko malých ohrievačov ako jeden veľký ohrievač. Lepšia rovnomernosť teploty a redundancia. To platí najmä v nádržiach s krytom, pretože kryt môže brániť prirodzeným konvekčným prúdom.

Ohrievač PTFE by mal byť pod plávajúcim krytom, zvyčajne na dne nádrže pre dobrú cirkuláciu. Nedovoľte, aby sa kryt dotýkal ohrievača.

Špeciálne hľadiská: Cyklovanie a výber termostatu
Inštalovaný výkon ohrievača je 40 kW a záťaž na údržbu môže byť len 1–2 kW. Preto normálny zapnutý-vypnutý termostat s výrazným rozdielom môže generovať príliš vysoké teplotné výkyvy (prekmity a podkmity). Odporúča sa PID regulátor alebo proporcionálny regulátor výkonu (SCR). Tieto zariadenia znížia výkon pri dosiahnutí nastavenej hodnoty, takže veľký 40 kW prvok nenaleje plné teplo do zásobníka, ktorý potrebuje iba 2 kW náhradnej energie.

Zhrnutie
Použitie plávajúceho plastového krytu je efektívnou stratégiou úspory energie pre otvorené nádrže, pretože znižuje tepelné straty odparovaním a tvorbu výparov. Pokiaľ ide o dimenzovanie ohrievača, kryt výrazne znižuje potrebu energie na údržbu, ale neznižuje požiadavky na energiu-na ohrev. Príkon inštalovaného PTFE ohrievača musí byť stále založený na energii potrebnej na zahriatie celého objemu kvapaliny z okolitej na prevádzkovú teplotu v prijateľnom čase. Hlavnou výhodou je po zahriatí,-keď ohrievač klesne na zlomok svojho inštalovaného výkonu, čím sa podstatne znížia prevádzkové náklady. Opatrenia na úsporu energie by sa mali začleniť do procesu dimenzovania, a to nie zmenšením veľkosti inštalovaného ohrievača, ale výberom vhodných riadiacich systémov, ktoré využívajú nižší dopyt v ustálenom stave-. Správne dimenzovaná nádrž sa na požiadanie rýchlo zahreje a efektívne funguje pod krytom, čím poskytuje produktivitu a úsporu energie.