Làm cách nào để tính chiều dài bộ gia nhiệt PFA cần thiết cho một bể chứa có mức chất lỏng tối thiểu là 500 mm và mức tối đa là 2.000 mm mà không làm vùng hơi quá nóng?

Bộ gia nhiệt PFA quá dài sẽ tiếp xúc quá nhiều với vùng hơi ở mức chất lỏng thấp trong bể có mức chất lỏng thay đổi (chẳng hạn như xử lý theo mẻ, thiết bị bay hơi hoặc bể làm nguội), dẫn đến quá nhiệt và hỏng hóc sớm. Mức chất lỏng tối thiểu-chứ không phải mức tối đa-xác định chiều dài cần thiết của bộ sưởi. Thiết kế an toàn duy trì phần tiếp xúc (vùng hơi) của lò sưởi ở mức bằng hoặc thấp hơn 20–25% chiều dài tổng thể của nó. Chiều dài bộ gia nhiệt tối đa là 500 / (1 – 0,25)=667 mm đối với mức chất lỏng tối thiểu là 500 mm. Điều này đảm bảo rằng phần tiếp xúc hoạt động ở nhiệt độ bề mặt thấp hơn và ít nhất 75% máy sưởi vẫn chìm ở mức thấp nhất. Lắp đặt nhiều máy sưởi cách nhau hoặc sử dụng máy sưởi có mật độ watt không đồng đều (công suất đầu ra thấp hơn ở vùng phía trên) nếu cần máy sưởi dài hơn để sưởi ấm ổn định ở mức lấp đầy tối đa.

Cơ chế quá nhiệt của vùng hơi
Hệ số truyền nhiệt (h) trong vùng chất lỏng thường nằm trong khoảng từ 500 đến 5.000 W/m2·K. H giảm xuống 10–100 W/m2·K trong vùng hơi (không khí, hơi nước hoặc hơi axit). Nhiệt độ bề mặt trong vùng hơi của lò sưởi có mật độ watt đồng đều q (W/cm²) là T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 độ là không thể đối với q=3 W/cm² (30.000 W/m²) và h_vapor=30 W/m²·K. Nhiệt độ vỏ bọc PFA vẫn có thể vượt quá 250–350 độ, điều này có thể dẫn đến nóng chảy hoặc hư hỏng nghiêm trọng, ngay cả khi bộ sưởi thực sự tự điều chỉnh khi điện trở tăng theo nhiệt độ. Vì thông lượng nhiệt vùng hơi an toàn nhỏ hơn hoặc bằng 1,0 W/cm2 nên q_vapor phải nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 W/m2. q_vapor=q_liquid cho lò sưởi đồng đều. Để đảm bảo diện tích tản nhiệt hiệu quả trong vùng hơi đủ lớn để giảm thông lượng thực tế, phương pháp duy nhất để duy trì an toàn cho vùng hơi là hạn chế tỷ lệ bộ sưởi tiếp xúc. Tuy nhiên, phần tiếp xúc vẫn tạo ra cùng một lượng điện trên mỗi đơn vị chiều dài với điều kiện lò sưởi có mật độ watt đồng đều. Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc vào h_vapor cố định. Thay vào đó, có thể sử dụng một lò sưởi dài hơn với cùng tổng công suất để giảm mật độ watt (q) trên toàn bộ lò sưởi. q=P / (π × D × L) đối với tổng công suất P và chiều dài L. Q giảm tỷ lệ thuận khi L tăng.

Phương pháp xác định chiều dài lò sưởi tối thiểu Hãy để:

L_min là mức chất lỏng thấp nhất tính bằng milimét.

L_heater là chiều dài tổng thể của lò sưởi (mm).

f_expose=L_expose / L_heater=phần trăm tiếp xúc=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design là mật độ watt (W/cm2) được xác định bởi diện tích bề mặt và tổng công suất.

Thông lượng nhiệt của vùng hơi cần phải Nhỏ hơn hoặc bằng q_max_vapor=1.0 W/cm² để vùng hơi hoạt động an toàn. Mặt khác, vùng hơi có cùng giá trị q nếu lò sưởi có q đồng nhất. Do đó, lò sưởi phải được chế tạo với phần tiếp xúc rất nhỏ hoặc tổng q thấp để ngay cả phần tiếp xúc cũng được an toàn. Chiến lược hợp lý nhất là giảm f_expose xuống Nhỏ hơn hoặc bằng 0,25 và thiết kế với q tổng thể thấp (Nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 W/cm2).

Theo nguyên tắc chung, L_heater < L_min / (1 – f_max), trong đó f_max là phần tiếp xúc tối đa được phép (thường nằm trong khoảng từ 0,20 đến 0,25). L_heater Nhỏ hơn hoặc bằng 500 / 0.75=667 mm đối với L_min=500 mm.

Chiều dài của lò sưởi cần thiết cho các tình huống cấp độ khác nhau
Mức chất lỏng tối thiểu (mm)Mức chất lỏng tối đa (mm)Chiều dài bộ gia nhiệt được đề xuất (mm) Tỷ lệ tiếp xúc ở mức tối thiểu (%) Tổng q (W/cm²) ở 6 kW, 25 mm OD Vùng hơi An toàn 500 2,000 650 23% 4,7 (quá cao)Không an toàn trừ khi q giảm 500 2,000 1,200 58% 2.5 Không an toàn (tiếp xúc quá cao) 500 2,000 650 (chỉ với 3 kW) 23% 2,35 Có thể chấp nhận được (q thấp) 800 2,000 1,000 20% 3,0 Biên (q ở giới hạn) 800 2,000 1,200 (với công suất giảm đi) 33% 2,0 (giảm xuống) Có thể chấp nhận được 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Tốt
Nhiều bộ sưởi so le là câu trả lời nếu chiều dài bộ sưởi cần thiết để bao phủ toàn bộ ở mức tối đa dài hơn đáng kể so với chiều dài an toàn ở mức tối thiểu. Ví dụ: đặt lò sưởi trung bình (1.200 mm) cao hơn, lò sưởi dài (2.000 mm) ở trên cùng và lò sưởi ngắn (650 mm) ở phía dưới. Khi mức nước thấp, chỉ có bộ sưởi phía dưới hoạt động; khi nó đầy, tất cả đều hoạt động.

Ví dụ trong lĩnh vực này
The minimum liquid level in a waste evaporator was 600 mm, while the highest was 2,500 mm. There was only one 2,000 mm PFA heater installed. 1,400 mm (70%) was exposed to vapor at the lowest level. Within three months, the heater broke down. The plant replaced it with three heaters: 600 mm (1.5 kW), 1,200 mm (2 kW), and 2,000 mm (2.5 kW), each with level sensors. The 600 mm heater only turned on when level >650 mm. The 2,000 mm heater only turned on when level >1.800 mm. Không có máy sưởi nào từng thấy phơi nhiễm hơn 20%. Cả ba máy sưởi đều có tuổi thọ 5+ năm.

Mật độ Watt không đồng nhất thay thế
Nếu không thể sử dụng nhiều bộ sưởi, hãy chỉ định một bộ sưởi duy nhất có mật độ watt không-đồng đều: 30% chiều dài bộ sưởi phía trên chỉ cung cấp 20% công suất trên mỗi đơn vị chiều dài, trong khi 70% phía dưới tạo ra 80%. Điều này có thể được thực hiện bằng cách thay đổi bước của dây điện trở (xem Điều #25). Khu vực phía trên tiếp xúc có dòng nhiệt giảm ở mức tối thiểu, làm giảm nhiệt độ bề mặt. Mặc dù thiết kế này làm tăng chi phí sản xuất lên 20–30% nhưng nó cho phép một lò sưởi duy nhất có thể xử lý các cài đặt khác nhau.

Tóm lại, chiều dài của bộ sưởi cơ sở có mức chất lỏng tối thiểu là 20–25% cho phép tiếp xúc
Để tránh quá nhiệt vùng hơi, chiều dài của bộ gia nhiệt PFA dành cho bể có mức chất lỏng thay đổi phải được xác định từ mức chất lỏng tối thiểu chứ không phải mức tối đa. Một thiết kế an toàn giữ tỷ lệ phơi nhiễm ở mức hoặc dưới 20–25% ở mức tối thiểu. Chiều dài bộ sưởi tối đa là 650–670 mm ở mức tối thiểu 500 mm. Sử dụng bộ sưởi có mật độ watt không đồng đều hoặc nhiều bộ sưởi so le nếu cần bộ sưởi dài hơn để đảm bảo tính đồng nhất của quy trình. Trong vòng vài tháng, một lò sưởi dài có tỷ lệ tiếp xúc cao sẽ bị hỏng. Khả năng chịu tiếp xúc của lò sưởi không thay đổi theo mức độ. Thêm phần dự phòng hoặc tăng kích thước cho trường hợp{12}}xấu nhất. Mức thấp nhất, không phải mức cao nhất, quyết định máy sưởi của bạn sẽ tồn tại được bao lâu.