Larutan kimia dengan-viskositas tinggi menimbulkan masalah pemanasan yang berbeda dengan wadah dengan-viskositas rendah. Pemanas dapat mencapai keluaran listrik yang dibutuhkan, namun tangki masih menunjukkan pemulihan suhu yang lambat atau perbedaan suhu yang kuat antara area pemanas dan cairan lainnya.
Untuk aPemanas perendaman PTFE, viskositas mempengaruhi seberapa efisien perpindahan panas dari permukaan pemanas. Oleh karena itu, daya pemanas, luas permukaan aktif, sirkulasi, posisi pemasangan, dan geometri tangki perlu dipertimbangkan bersama.
Mengapa Viskositas Mengubah Kinerja Pemanasan
Ketika cairan menjadi lebih kental, resistensi terhadap aliran meningkat. Konveksi alami dapat melemah, sedangkan sirkulasi dari pompa atau agitator juga menjadi kurang efektif.
Perpindahan panas dari pemanas imersi dapat disederhanakan sebagai:
Q=HAΔT
Di manaQapakah panas berpindah,hadalah koefisien perpindahan panas-efektif,Aadalah area pemanasan aktif, danΔTadalah perbedaan suhu antara permukaan pemanas dan cairan di sekitarnya.
Ketika pergerakan cairan di sekitar pemanas dibatasi,hbisa berkurang. Perbedaan suhu yang lebih besar mungkin diperlukan untuk mentransfer jumlah panas yang sama.
Viskositas Tinggi Dapat Membuat Lapisan Panas Di Sekitar Pemanas
Larutan dengan-viskositas tinggi mungkin perlahan menjauh dari permukaan pemanas.
Oleh karena itu, cairan yang mengelilingi pemanas dapat menjadi jauh lebih hangat daripada larutan curah.
Hal ini menimbulkan dua masalah.
Yang pertama adalah ketidakseragaman-suhu. Yang kedua adalah peningkatan beban termal pada permukaan pemanas.
Sensor tangki yang diposisikan jauh dari pemanas mungkin terus menunjukkan suhu di bawah target meskipun cairan yang mengelilingi permukaan pemanas sudah jauh lebih panas.
Meningkatkan daya pemanas saja dapat membuat kondisi ini semakin parah.
Luas Permukaan Pemanasan Menjadi Lebih Penting
Fluks panas permukaan pemanasan rata-rata dapat diperkirakan dengan:
q = P/A
Di manaPadalah tenaga listrik danAadalah area pemanasan aktif.
Pertimbangkan ilustrasi kebutuhan pemanasan 10 kW:
| Konfigurasi | Kekuatan | Area pemanasan aktif | Fluks panas rata-rata |
|---|---|---|---|
| Pemanas kompak | 10kW | 0.50 m² | 20kW/m² |
| Pemanas area-sedang | 10kW | 0.80 m² | 12,5kW/m² |
| Pemanas terdistribusi | 10kW | 1.20 m² | 8,3kW/m² |
Angka-angka ini hanyalah perhitungan ilustratif, bukan nilai operasi PTFE yang diperbolehkan secara universal.
Peningkatan area aktif dapat mendistribusikan daya listrik yang sama ke seluruh permukaan yang lebih besar. Apakah hal ini meningkatkan kinerja proses sebenarnya bergantung pada sirkulasi, sifat kimia, geometri pemanas, dan dimensi tangki.
Perubahan Suhu Dapat Mempengaruhi Viskositas
Banyak cairan kimia menjadi kurang kental seiring dengan kenaikan suhu.
Hal ini menciptakan dinamika penting selama startup.
Pada awal pemanasan, larutan mungkin relatif kental dan sirkulasi mungkin buruk. Ketika suhu meningkat, viskositas dapat menurun dan pergerakan fluida dapat meningkat.
Oleh karena itu, sistem pemanas dapat berperilaku berbeda saat startup dan operasi{0}}kondisi stabil.
Pemanas yang berukuran hanya dari kondisi-mapan mungkin memberikan kinerja permulaan yang tidak memadai jika viskositas awal jauh lebih tinggi.
Sirkulasi Mekanis Perlu Mencocokkan Cairan
Untuk-solusi dengan viskositas tinggi, sirkulasi mekanis mungkin diperlukan untuk memindahkan panas melalui tangki.
Namun, kapasitas nominal pompa saja tidak menjamin perpindahan panas yang efektif.
Jalur aliran harus mencapai zona pemanasan dan mengangkut cairan panas menuju bagian tangki yang lebih dingin.
Sistem sirkulasi yang melewati pemanas dapat memiliki laju aliran keseluruhan yang tinggi namun tetap menghasilkan perpindahan panas lokal yang lemah.
Oleh karena itu, posisi agitator, saluran masuk pompa, lokasi pembuangan, perpipaan internal, dan penempatan pemanas harus dievaluasi sebagai suatu sistem yang lengkap.
Posisi Pemanas Dapat Mengurangi Zona Stagnan
Pemanas yang dipasang di sudut atau dekat dinding tangki mungkin mengalami pertukaran cairan yang lemah.
Untuk solusi kental, masalah ini bisa lebih parah.
Permukaan pemanas aktif idealnya ditempatkan di tempat sirkulasi mencapai pemanas dari berbagai arah atau di mana aliran proses sengaja diarahkan melintasi zona pemanasan.
Jarak bebas dari dasar dan dinding tangki juga harus memperhitungkan sedimen, endapan, dan akses pemeliharaan.
Waktu Pemanasan Dapat Diperkirakan Dari Sifat Fluida
Misalkan sebuah tangki ilustrasi berisi 600 kg larutan kimia dengan viskositas -tinggi dengan kapasitas panas spesifik 2,8 kJ/(kg·K). Kenaikan suhu yang dibutuhkan adalah 40 derajat.
Energi pemanasan masuk akal adalah:
Q=mcΔT
Q=600 × 2,8 × 40=67,200 kJ
Ini sama dengan sekitar 18,7 kWh.
Dengan pemanas 12 kW, waktu-pemanasan ideal yang ideal adalah kira-kira:
18,7 − 12=1.56 jam
Waktu pemanasan sebenarnya akan lebih lama karena kehilangan panas tangki, perpipaan, penguapan, pemuatan benda kerja, dan efek termal lainnya.
Contoh ini juga menunjukkan mengapa pemilihan pemanas harus menggunakan kapasitas panas spesifik sebenarnya dari larutan kimia daripada mengasumsikan sifat-sifat air.
Daya Harus Sesuai dengan Panas Sebenarnya-Kondisi Perpindahan
Untuk penangas-viskositas tinggi, memilih pemanas dengan daya berlebihan dapat menciptakan lingkungan termal yang sulit.
Pendekatan yang lebih baik adalah dengan menyeimbangkan:
Tingkat pemanasan yang diperlukan
Area pemanasan aktif
Fluks panas rata-rata
Kapasitas sirkulasi
Viskositas mandi
Suhu pengoperasian
Geometri tangki
Persyaratan keseragaman suhu
Tujuannya bukan sekadar daya pemanasan maksimum. Target yang berguna adalah perpindahan panas yang cukup tanpa konsentrasi panas lokal yang berlebihan.
Informasi Apa yang Harus Disertakan dalam Pengadaan?
Aplikasi bahan kimia dengan-viskositas tinggi harus menyediakan:
Komposisi kimia
Viskositas pada suhu awal
Viskositas pada suhu operasi
Kapasitas panas spesifik
Kepadatan
Suhu sasaran
Waktu pemanasan yang diperlukan
Dimensi tangki
Metode sirkulasi
Tingkat cairan minimum
Daya pemanas yang dibutuhkan
Pasokan listrik yang tersedia
Informasi ini memungkinkan aPemanas perendaman PTFEuntuk dirancang berdasarkan perilaku fluida aktual dan bukan berdasarkan asumsi{0}}air yang disederhanakan.
Untuk larutan yang sangat kental, sirkulasi terbatas, tangki dalam, atau beban pemanasan besar, luas permukaan pemanas yang disesuaikan dan geometri pemanas dapat memberikan distribusi termal yang lebih baik. Konfigurasi akhir harus menyeimbangkan fluks panas, sirkulasi, kedalaman perendaman, dan suhu proses untuk mencapai pemanasan yang stabil di seluruh tangki kimia.
