Как да изберем правилната дължина на PFA нагревателя за резервоар с плаващо ниво на течността, за да избегнем прегряване на парната зона?

PFA нагревателите са подложени на различни дълбочини на потапяне в резервоари с плаващи нива на течност (партидна обработка, периодично пълнене, изпаряване/концентриране). Значително количество от нагревателя работи в зоната на пара, ако е твърде дълго за минималното ниво на течността, което може да доведе до прегряване, влошаване на PFA и ранна повреда. L_heater По-малко или равно на L_min_immersion × (1 + f), където f е разрешеното съотношение на нагревател в пара (обикновено 15–25%), трябва да бъде удовлетворено от правилната дължина на нагревателя L_heater. Идеалната дължина на нагревателя за резервоар с минимално ниво на течността от 1,0 m и максимално 3,0 m е 1,2–1,3 m (20–30% над минималното ниво). Бързата повреда ще доведе до по-дълги нагреватели (2,0 m), които имат 1,0 m изложени на минимално ниво. Използвайте нагревател с не-равномерна плътност на вата (по-ниска мощност отгоре) или няколко нагревателя, подредени по ниво (ниско, средно, високо), за да се справите с различни нива. Целта е да се предотвратят температури на PFA над 180 градуса чрез поддържане на ватовата плътност на зоната на пара под 0,5–1,0 W/cm².

Температура и плътност на мощността в зоната на изпаренията
P_vapor=P_total × (L_vapor / L_total) е мощността в зоната на парите с равномерен нагревател (постоянна плътност във вата по цялата дължина). q_vapor=P_vapor / A_vapor=(P_total / L_total) × L_vapor / (π × D × L_vapor)=P_total / (π × D × L_total)=константа е топлинният поток на парната зона! Следователно, независимо от количеството на експозиция, плътността на ватовете в зоната на парата е точно същата като в зоната на течността. Това е въпросът. Изложената част на нагревател, предназначен за 3 W/cm² в течност, изпитва 3 W/cm². Температурата на повърхността при 3 W/cm² в пара (h=10–50 W/m²·K спрямо . 1,000 в течност) би била 600–3000 градуса (невъзможно). Съпротивителният проводник се нагрява, PFA се топи или термичното прекъсване се задейства, когато нагревателят всъщност се -саморегулира. Само много нисък топлинен поток в зоната на пара-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

Критерий за избор: По-малък или равен на 1,0 W/cm² трябва да бъде топлинният поток в парната зона. Разрешената пропорция на открито L_vapor/L_total за нагревател с обща ватова плътност q_total е равна на q_max_vapor/q_total. L_vapor/L_total=1.0/3.0=0.33 (33% разрешена експозиция) за q_total=3 W/cm². Следователно L_heater По-малко или равно на 1,0 / (1 – 0,33)=1.5 m, ако минималното ниво на течността е 1,0 m. За да сте сигурни, използвайте 20–25% експозиция на практика.

Таблица за избор на дължина на нагревателя
Максимално позволена фракция на пари q_total (W/cm²) Минимално ниво на течност (m) Максимално ниво на течност (m) Максимална дължина на нагревателя (m) Препоръчителна дължина на нагревателя (m) Конфигурация
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 Кратък нагревател в рамките на минималното ниво 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 Приемливо 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 Добро 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 Пределно; използвайте поетапни нагреватели
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 Необходими са по-къси нагреватели за по-висока плътност във вата
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 Възможни са по-дълги нагреватели с по-ниска плътност във вата.
Всякакви Всякакви Всякакви Всякакви 0,15 (консервативен) L_min / (1 – 0,15)=L_min/0.85 0.85× L_min Консервативен дизайн
Нагреватели със степени за различни нива
Един нагревател не може да обслужва и двете крайности без прегряване при ниско ниво, ако минималното ниво е 1,0 m, а максималното е 4,0 m (вариация 4 ×). Използвайте нагреватели на три нива:

Нагревател A е къс (1,2 m), ниско-монтиран и постоянно използван (мин. ниво го покрива).

Нагревател B: среден (2,5 m), активира се, когато нивото е по-голямо от 1,5 m

Нагревател C е дълъг (4,0 m) и се активира, когато нивото е над 2,5 m.

Въз основа на сензори за ниво системата за управление активира нагреватели. Само нагревател A, който е напълно потопен, функционира на минимално ниво (1,0 m). A+B функция на средно ниво. И трите работят на максимално ниво. При пълна ватова плътност нито един нагревател никога не изпитва зона на изпарения.

Нагревател с не-еднородна плътност на вата, който има ниска мощност в горната част и висока мощност в долната част, е алтернатива. Проектирайте горните 0,5 m за 0,5 W/cm² (изложени на ниско ниво) и долните 1,5 m за 3,5 W/cm² за 2,0 m нагревател. За това е необходимо персонализирано навиване (вижте член #25). 20–30% по-скъпо.

Пример в полето
По време на партидни цикли нивото на течността в химически изпарител варира между 0,8 и 2,5 метра. Оригиналният нагревател е създаден за максимално ниво и е измерен на 2,4 метра дължина. 1.6 метра от нагревателя са били изложени на изпарения при минималния праг (0,8 метра). След три месеца PFA стана кафяв и се напука поради изложената зона, работеща при 3 W/cm² във въздуха. На негово място от завода е монтиран 1,1 m нагревател (напълно вкопан дори на минимално ниво). Производството намаля, въпреки че размерът на партидата беше намален, за да се запази минималното ниво над нагревателя. След това заводът създаде поетапна система с 2,0 m нагревател, който се включваше само когато нивото е над 1,5 m, и 1,2 m нагревател, който беше постоянно включен. Парите никога не се виждат от 1,2 m нагревател. При ниско ниво 2,0 m нагревател никога не се включва. Производственият капацитет беше възстановен и двата нагревателя продължиха повече от три години.

В заключение, за 25% допустимо количество пара, L_heater По-малко или равно на L_min / 0,75
В резервоари с плаващи нива на течност изберете дължината на нагревателя L_heater, така че L_heater да е по-малък или равен на L_min_immersion / (1 – f), където f е разрешената парна фракция (обикновено 0,20–0,25), за да предотвратите прегряване на зоната на парата. L_heater По-малко или равно на 1,0 / 0.75=1.33 m за L_min=1.0 m. Използвайте нагревател с не-равномерна плътност на вата или стъпаловидни нагреватели, които са множество нагреватели, задействани от сензори за ниво, ако необходимата дължина е по-дълга. По-дългият живот на нагревателя и по-малкото време на престой плащат разходите за етапи. Ще минат месеци, преди нагревател с пълна ватова мощност, който е изложен на пари, да се повреди. Използвайте малко или никаква мощност, за да защитите зоната на изпаренията. Един дълъг нагревател на няколко нива не работи; постановката прави. Вместо да се стремите към най-високото ниво, проектирайте към най-ниското. Когато резервоарът е нисък, нагревателят трябва да издържи. В този момент се проваля. Използвайте подреждане или къса дължина, за да го защитите. Вашата партида ще ви бъде благодарна.