Tangki bahan kimia dapat menampung volume cairan yang sama tetapi berperilaku sangat berbeda dari satu batch produksi ke batch produksi lainnya. Perubahan konsentrasi kimia dapat mengubah kepadatan cairan, viskositas, kapasitas panas, dan sirkulasi. Perubahan ini secara langsung mempengaruhi bagaimana aPemanas perendaman PTFEmemindahkan panas ke dalam bak mandi.
Oleh karena itu, bagi para insinyur yang mengukur peralatan pemanas, kepadatan cairan harus dipertimbangkan bersama dengan konsentrasi dan sifat termal daripada diperlakukan sebagai spesifikasi yang terisolasi.
Kepadatan Mengubah Massa Sebenarnya yang Dipanaskan
Kapasitas tangki biasanya dinyatakan dalam liter atau meter kubik, sedangkan perhitungan pemanasan bergantung pada massa.
Hubungan dasarnya adalah:
m = ρV
Di manamadalah massa cair,ρadalah kepadatan, danVadalah volume cairan.
Misalnya, tangki 1.000 L yang berisi larutan dengan massa jenis 1,20 kg/L berisi kira-kira 1.200 kg cairan.
Jika tangki yang sama berisi larutan dengan kepadatan{0}}lebih rendah yaitu 1,00 kg/L, massa cairannya hanya sekitar 1.000 kg.
Perbedaan ini mempengaruhi jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu bak mandi.
Untuk pemanasan yang masuk akal:
Q=mcΔT
Oleh karena itu, dua cairan yang menempati volume tangki yang sama dapat memerlukan energi pemanasan yang berbeda ketika kepadatan dan kapasitas panas spesifiknya berbeda.
Massa jenis saja tidak menentukan perpindahan panas
Kesalahpahaman teknik yang umum terjadi adalah asumsi bahwa kepadatan yang lebih tinggi secara otomatis berarti perpindahan panas yang lebih buruk atau lebih baik.
Kepadatan hanyalah salah satu bagian dari-gambaran properti fluida.
Perpindahan panas di sekitar pemanas imersi PTFE juga dipengaruhi oleh viskositas, kapasitas panas spesifik, konduktivitas termal, kecepatan cairan, geometri pemanas, dan perbedaan suhu.
Hubungan yang disederhanakan adalah:
Q=HAΔT
Di Sini,hmewakili koefisien perpindahan panas-efektif danAmewakili area pemanasan aktif.
Massa jenis dapat mempengaruhi perilaku fluida, namun tidak secara langsung memberikan nilaih. Pergerakan dan viskositas fluida juga sama pentingnya.
Solusi Terkonsentrasi Dapat Mengubah Beberapa Properti Secara Bersamaan
Dalam banyak proses kimia, densitas meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi bahan kimia terlarut. Pada saat yang sama, viskositas dan kapasitas panas spesifik dapat berubah.
Ini menciptakan efek desain gabungan.
Larutan pekat mungkin mengandung lebih banyak massa per satuan volume, sehingga meningkatkan-beban pemanasan yang masuk akal. Jika viskositas juga meningkat, sirkulasi di sekitar pemanas mungkin menjadi kurang efektif.
Hasilnya dapat berupa proses dimana daya pemanas nominal yang sama menghasilkan respon suhu yang berbeda setelah konsentrasi bahan kimia berubah.
Karena alasan ini, perhitungan pemanasan hanya berdasarkan volume tangki bisa menjadi tidak akurat untuk larutan kimia pekat.
Mengapa Luas Permukaan Pemanas Masih Penting
Misalkan suatu proses memerlukan daya pemanas sebesar 12 kW.
Pemanas kompak dengan area aktif kecil dan pemanas lebih panjang dengan area aktif lebih besar dapat menghasilkan listrik 12 kW. Namun, rata-rata fluks panas permukaannya akan berbeda.
Perhitungan yang disederhanakan adalah:
q = P/A
Di manaqadalah fluks panas rata-rata.
Pertimbangkan dua konfigurasi ilustrasi:
| Pengaturan pemanas | Kekuatan | Area pemanasan aktif | Fluks panas rata-rata |
|---|---|---|---|
| Konfigurasi ringkas | 12kW | 0.60 m² | 20kW/m² |
| Konfigurasi terdistribusi | 12kW | 1.20 m² | 10kW/m² |
Nilai-nilai ini hanya bersifat ilustratif dan tidak mewakili batas operasi PTFE secara universal.
Pengaturan terdistribusi dapat memberikan fluks panas permukaan rata-rata yang lebih rendah, namun kinerja sebenarnya masih bergantung pada sirkulasi, geometri instalasi, bahan kimia bak mandi, dan konstruksi pemanas.
Pergerakan Cairan Bisa Menjadi Faktor Pembatas
Ketika larutan kimia padat atau kental bergerak lambat, panas dapat terakumulasi di sekitar permukaan pemanas lebih cepat daripada yang diangkut ke dalam bak di sekitarnya.
Hal ini dapat menimbulkan perbedaan suhu lokal antara cairan di sekitar pemanas dan larutan curah.
Sensor suhu tangki mungkin masih melaporkan suhu rata-rata yang diinginkan sementara permukaan pemanas mengalami kondisi yang sangat berbeda.
Oleh karena itu, pengadukan mekanis, sirkulasi pompa, jarak pemanas, dan lokasi pemasangan harus dievaluasi bersama.
Untuk tangki bahan kimia berukuran besar, mendistribusikan zona pemanasan juga dapat membantu menghindari pemusatan beban panas di satu wilayah.
Kepadatan Harus Disertakan dalam Pemanasan-Perhitungan Waktu
Perhatikan ilustrasi larutan kimia 1.500 L dengan massa jenis 1,15 kg/L. Perkiraan massa cairan adalah:
m=1.15 × 1,500=1,725kg
Jika kapasitas kalor jenis diasumsikan 3,2 kJ/(kg·K) dan kenaikan suhu yang diperlukan sebesar 30 derajat :
Q=1,725 × 3,2 × 30=165,600 kJ
Ini setara dengan sekitar 46 kWh energi pemanasan yang masuk akal.
Pemanas 20 kW secara teoritis membutuhkan sekitar 2.3 jam dalam kondisi ideal. Waktu pemanasan sebenarnya akan lebih lama karena dinding tangki, pipa, benda kerja, penguapan, dan kehilangan panas lingkungan juga mengonsumsi energi.
Perhitungan tersebut menunjukkan mengapa kepadatan dan kapasitas panas spesifik harus dimasukkan ketika memperkirakan kapasitas pemanasan.
Data Apa yang Harus Disediakan untuk Pemilihan Pemanas?
Untuk proses kimia menggunakan aPemanas perendaman PTFE, informasi cairan yang berguna meliputi:
Kepadatan cairan atau berat jenis
Konsentrasi kimia
Kapasitas panas spesifik
Viskositas
Konduktivitas termal bila tersedia
Kisaran suhu pengoperasian
Tingkat pemanasan yang diperlukan
Metode sirkulasi atau agitasi
Tingkat cairan normal dan minimum
Dimensi tangki
Oleh karena itu, kepadatan sebaiknya diperlakukan sebagai salah satu bagian dari profil properti-termal yang lebih luas.
Ketika densitas berubah secara signifikan seiring dengan konsentrasi bahan kimia, ukuran pemanas harus diperiksa pada rentang pengoperasian aktual, bukan berdasarkan kondisi nominal tunggal. Menggabungkan sifat fluida dengan luas permukaan pemanas, distribusi daya, sirkulasi, dan geometri tangki memberikan dasar yang lebih andal untuk pemilihan pemanas imersi PTFE dan desain industri yang disesuaikan.
