化学タンクには同じ体積の液体を入れることができますが、生産バッチごとに動作が大きく異なります。化学物質の濃度が変化すると、液体の密度、粘度、熱容量、循環が変化する可能性があります。これらの変更は、PTFE浸漬ヒーターお風呂に熱を伝えます。
したがって、加熱装置のサイジングを行うエンジニアは、液体の密度を個別の仕様として扱うのではなく、濃度や熱特性とともに考慮する必要があります。
密度は加熱される実際の質量を変化させます
タンク容量は通常、リットルまたは立方メートルで表されますが、加熱の計算は質量に依存します。
基本的な関係は次のとおりです。
m = ρV
どこm液体の塊、ρは密度、そしてV液体の体積です。
たとえば、密度 1.20 kg/L の溶液を含む 1,000 L タンクには、約 1,200 kg の液体が含まれます。
同じタンクに 1.00 kg/L の低密度溶液が含まれている場合、液体の質量はわずか約 1,000 kg です。{0}
この差は、浴の温度を上げるために必要なエネルギー量に影響します。
顕熱暖房の場合:
Q=mcΔT
したがって、同じタンク容積を占める 2 つの液体は、その密度と比熱容量が異なる場合、異なる加熱エネルギーを必要とする可能性があります。
密度だけでは熱伝達は決まりません
工学的によくある誤解は、密度が高くなると自動的に熱伝達が低下または向上することを意味すると想定していることです。
密度は流体の特性の一部にすぎません。-
PTFE 浸漬ヒーター周囲の熱伝達は、粘度、比熱容量、熱伝導率、液体速度、ヒーターの形状、温度差にも影響されます。
単純化した関係は次のとおりです。
Q=hAΔT
ここ、h有効熱伝達係数を表します-。Aはアクティブな加熱領域を表します。
密度は流体の挙動に影響を与える可能性がありますが、密度は流体の値を直接提供するものではありません。h。流体の動きと粘度も同様に重要です。
濃縮ソリューションは複数の特性を同時に変化させることができます
多くの化学プロセスでは、溶解した化学物質の濃度が増加すると密度が増加します。同時に、粘度や比熱容量も変化する場合があります。
これにより、複合的なデザイン効果が生まれます。
濃縮された溶液には単位体積あたりの質量が多く含まれる可能性があり、顕熱負荷が増加します。{0}}また、粘度が高くなるとヒーター周りの循環効果が低下する場合があります。
その結果、化学物質の濃度が変化すると、同じ公称ヒーター出力でも異なる温度応答が生じるプロセスが発生する可能性があります。
このため、タンク容積のみに基づく加熱計算は、濃縮薬液の場合は不正確になる可能性があります。
ヒーターの表面積が依然として重要な理由
プロセスに 12 kW の加熱電力が必要だとします。
作動面積が小さいコンパクトなヒーターと、作動面積が大きい長いヒーターは、どちらも 12 kW の電力を供給できます。ただし、平均表面熱流束は異なります。
簡略化した計算は次のとおりです。
q = P/A
どこqは平均熱流束です。
2 つの構成例を考えてみましょう。
| ヒーター配置 | 力 | アクティブ加熱エリア | 平均熱流束 |
|---|---|---|---|
| コンパクトな構成 | 12kW | 0.60 m² | 20kW/平方メートル |
| 分散構成 | 12kW | 1.20 m² | 10kW/平方メートル |
これらの値は例示的なものであり、普遍的な PTFE 動作限界を表すものではありません。
分散配置では平均表面熱流束を低くすることができますが、実際の性能は循環、設置形状、バスの化学的性質、およびヒーターの構造に依存します。
液体の移動が制限要因になる可能性がある
高密度または粘性の化学溶液がゆっくりと移動すると、周囲の槽に熱が伝わるよりも早く、熱がヒーター表面の周囲に蓄積する可能性があります。
これにより、ヒーターのすぐ周囲の液体とバルク溶液の間に局所的な温度差が生じる可能性があります。
タンク温度センサーは、ヒーター表面が実質的に異なる状態にさらされているときでも、望ましい平均温度を報告する可能性があります。
したがって、機械的撹拌、ポンプ循環、ヒーターの間隔、設置場所を合わせて評価する必要があります。
大型の化学薬品タンクの場合、加熱ゾーンを分散させることも、熱負荷が 1 つの領域に集中するのを避けるのに役立ちます。
密度は加熱時間の計算に含める必要があります-
密度 1.15 kg/L の 1,500 L の化学溶液を例に考えてみましょう。液体のおおよその質量は次のとおりです。
m=1.15 × 1、500=1,725 kg
比熱容量が 3.2 kJ/(kg・K) で、必要な温度上昇が 30 度であると仮定すると、次のようになります。
Q= 1,725 × 3.2 × 30=165,600 kJ
これは約 46 kWh の顕熱エネルギーに相当します。
20 kW のヒーターは、理論的には理想的な条件下で約 2.3 時間を必要とします。タンクの壁、配管、ワークピース、蒸発、および環境からの熱損失もエネルギーを消費するため、実際の加熱時間はさらに長くなります。
この計算は、暖房能力を見積もる際に密度と比熱容量を含める必要がある理由を示しています。
ヒーターの選択にはどのようなデータを提供する必要がありますか?
を使用した化学プロセスの場合PTFE浸漬ヒーター、有用な流体情報には次のものが含まれます。
液体の密度または比重
化学物質の濃度
比熱容量
粘度
熱伝導率（入手可能な場合）
使用温度範囲
必要な加熱速度
循環または撹拌方式
通常および最低液面レベル
タンク寸法
したがって、密度はより広範な熱特性プロファイルの一部として扱うのが最適です。{0}}
化学物質の濃度によって密度が大幅に変化する場合は、単一の公称条件に対してではなく、実際の動作範囲全体にわたってヒーターのサイジングをチェックする必要があります。流体の特性と加熱表面積、配電、循環、およびタンクの形状を組み合わせることで、PTFE 浸漬ヒーターの選択とカスタマイズされた工業設計のためのより信頼性の高い基盤が提供されます。
