Sebuah pabrik kimia membutuhkan kapasitas pemanas sebesar 12 kW untuk penangas asam berkapasitas 3.000 liter. Bahan kimia dan suhu rendaman memerlukan kepadatan watt tidak lebih tinggi dari 0,9 W/cm² untuk menjaga suhu selubung dalam batas aman. Manajer pemeliharaan pabrik mempertanyakan apakah pemanas imersi PTFE dapat menghasilkan 12 kW pada kepadatan watt tersebut tanpa terlalu besar untuk memenuhi tangki.
Jawabannya adalah ya, namun memerlukan pendekatan desain yang berbeda dari pemilihan pemanas standar. Kepadatan watt yang rendah dan keluaran kilowatt yang tinggi bukanlah hal yang bertentangan-mereka hanya memerlukan luas permukaan yang lebih besar. Tantangannya adalah menyesuaikan luas permukaan tersebut dengan ruang tangki yang tersedia.
Persyaratan Luas Permukaan
Hubungan antara daya, luas permukaan, dan kepadatan watt sangatlah jelas: A=P / WD. Untuk 12 kW pada 0,9 W/cm², luas permukaan yang dibutuhkan adalah 13.333 cm². Itu adalah area yang luas-kira-kira seukuran kaca depan mobil kecil-dan harus dikemas ke dalam pemanas yang sesuai dengan tangki.
Pemanas PTFE lurus standar dengan diameter selubung 50 mm menghasilkan sekitar 157 cm² per 100 mm panjang pemanasan. Untuk mencapai 13,333 cm², panjang yang dipanaskan harus 8,500 mm-8,5 meter. Itu tidak muat di tangki normal mana pun.
| Watt | Kepadatan Watt | Luas Permukaan yang Diperlukan | Panjang yang Dipanaskan (50 mm) | Panjang yang Dipanaskan (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6kW | 0,9 W/cm² | 6.667 cm² | 4.250 mm | 3.370 mm |
| 8kW | 0,9 W/cm² | 8.889 cm² | 5.660mm | 4.490 mm |
| 10kW | 0,9 W/cm² | 11.111 cm² | 7.080mm | 5.610mm |
| 12kW | 0,9 W/cm² | 13.333 cm² | 8.500mm | 6.730mm |
| 15kW | 0,9 W/cm² | 16.667 cm² | 10.620mm | 8.410mm |
Persyaratan luas permukaan dan panjang pemanas untuk pemanas PTFE keluaran-watt-kepadatan tinggi-rendah
Solusi Multi-Pass
Masalah luas permukaan diselesaikan dengan menekuk elemen yang dipanaskan menjadi konfigurasi multi-lintasan. Pemanas dengan delapan lintasan masing-masing 1.000 mm menghasilkan panjang panas 8.000 mm dengan tapak sekitar 1.000 × 400 mm. Dengan diameter selubung 63 mm, menyediakan luas permukaan sekitar 15.800 cm²-lebih dari cukup untuk 12 kW pada 0,9 W/cm².
Jumlah lintasan dan panjang lintasan ditentukan oleh ruang tangki yang tersedia. Tangki yang lebih dalam memungkinkan lintasan yang lebih panjang dan lebih sedikit. Tangki yang dangkal membutuhkan lintasan yang lebih pendek dan lebih banyak.
| Jumlah Lulus | Panjang Lulus | Total Panjang yang Dipanaskan | Jejak (Kira-kira) | Luas Permukaan (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1.000mm | 4.000mm | 1.000 × 250mm | 7.900cm² |
| 6 | 1.000mm | 6.000mm | 1.000 × 380mm | 11.900cm² |
| 8 | 1.000mm | 8.000mm | 1.000 × 500mm | 15.800 cm² |
| 10 | 800mm | 8.000mm | 800×500mm | 15.800 cm² |
| 12 | 700mm | 8.400mm | 700×500mm | 16.600cm² |
Konfigurasi multi-pass untuk pemanas PTFE kepadatan-output-watt-tinggi
Pertimbangan Aliran dan Jarak
Pemanas multi-lintasan dengan banyak lintasan menimbulkan risiko bayangan aliran. Cairan di antara saluran mungkin tergenang, sehingga mengurangi perpindahan panas dan menimbulkan titik panas. Jarak lintasan harus cukup untuk memungkinkan aliran antar lintasan.
Jarak antar lintasan 30–40 mm umumnya cukup untuk rendaman air dengan pengadukan sedang. Untuk cairan kental atau kondisi aliran-rendah, disarankan jarak yang lebih lebar yaitu 40–50 mm. Jarak tersebut meningkatkan jejak pemanas, yang harus diperhitungkan dalam kesesuaian tangki.
| Jarak Lulus | Aliran Antar Lintasan | Risiko Titik Panas | Jejak untuk 8 Pass |
|---|---|---|---|
| 20mm | Miskin | Tinggi | 500×400mm |
| 30mm | Sedang | Sedang | 650×400mm |
| 40 mm | Bagus | Rendah | 800×400mm |
| 50mm | Bagus sekali | Sangat rendah | 950×400mm |
Jarak lintasan dan pengaruhnya terhadap aliran, risiko titik panas, dan tapak
Konfigurasi Listrik
Pemanas 12 kW pada 480V tiga-fasa menarik sekitar 14,4 A per fase. Elemen dapat dikonfigurasi sebagai beban tiga-fasa tunggal atau sebagai beberapa elemen-fasa tunggal yang dihubungkan secara paralel. Penutup terminal harus mengakomodasi konduktor dan sambungannya.
Untuk pemanas multi-lintasan, elemen sering kali dibagi menjadi beberapa sirkuit, yang masing-masing memiliki pasangan terminalnya sendiri. Hal ini memungkinkan pemanas dihubungkan dengan kabel untuk pasokan yang tersedia dan memberikan redundansi jika satu sirkuit gagal.
Ketika Tangki Tidak Dapat Menampung Luas Permukaan yang Dibutuhkan
Jika tangki tidak dapat menampung luas permukaan yang diperlukan untuk 12 kW sebesar 0,9 W/cm², pilihannya adalah mengurangi watt, meningkatkan kepadatan watt (menerima masa pakai yang lebih pendek), atau menggunakan beberapa pemanas yang didistribusikan di sekitar tangki.
Beberapa pemanas seringkali merupakan solusi terbaik. Dua pemanas 6 kW, masing-masing dengan bundel multi-lintasan tersendiri, dapat ditempatkan di dinding berlawanan atau di sudut tangki yang berbeda. Setiap pemanas beroperasi pada 0,9 W/cm², dan jika digabungkan, keduanya menghasilkan 12 kW.
Ketika Konfigurasi Kustom Adalah Satu-satunya Pilihan
Tugas 12 kW pada 0,9 W/cm² memerlukan luas permukaan 13.333 cm²-lebih banyak daripada yang disediakan oleh pemanas imersi PTFE standar mana pun. Konfigurasi pemanas imersi PTFE khusus dengan delapan lintasan atau lebih, diameter selubung 63 mm, dan jarak 40 mm menghasilkan luas permukaan yang dibutuhkan dalam tangki 3.000 liter pada umumnya. Proses spesifikasi memerlukan dimensi tangki, bahan kimia penangas, suhu pengoperasian, kondisi aliran, dan watt yang diperlukan.
