高-浮遊固体-サービス向けに PTFE 浸漬ヒーターの定格を下げるにはどうすればよいですか?

金属仕上げ廃水処理プラントでは、わずか 5 か月後に 6 kW PTFE 浸漬ヒーターを交換しました。ヒーターは、めっき、リン酸塩処理、陽極酸化処理ラインからの洗浄水を受け取る 15,000- リットルの平衡化タンクに設置されていました。タンクには、金属水酸化物、リン酸カルシウム沈殿物、キャリーオーバー砂などの浮遊固体が 3 ～ 5% 含まれていました。ヒーター表面には、粒子が埋め込まれた厚くて不均一な堆積層が見られました。絶縁抵抗は20MΩを下回っていました。

高固形分廃水は、きれいなめっき浴とは根本的に異なります。-流体は溶液ではありません-懸濁液です。固体粒子は加熱された表面に沈降、堆積、蓄積します。この環境における PTFE 浸漬ヒーターに対する熱的および機械的要求には、固形分濃度、粒子サイズ分布、沈降速度、および工場で利用可能な洗浄方法を考慮した設計アプローチが必要です。

浮遊固体が熱伝達方程式を変える理由

浮遊粒子は 2 つの方法で熱伝達に影響を与えます。まず、流体の実効粘度が増加し、ヒーター表面の熱境界層が厚くなります。第 2 に、それらはヒーター上に直接堆積し、多孔質で不均一な層を形成します。これにより熱抵抗が増加し、より厚い堆積物の下に局所的なホット スポットが作成されます。

堆積速度は、粒子濃度、ヒーターでの流速、ヒーターとバルク流体間の温度差に依存します。ヒーターの表面温度が高いと、溶解種の沈殿が促進され、粒子が高温の表面により強く付着するため、堆積が増加します。

混合めっき水とリン酸塩水洗水を受け入れる廃水処理槽からの堆積率

ハイソリッド サービスにおける垂直取り付けと水平取り付け-

ヒーターの向きによって、固体が表面に沈むか滑り落ちるかが決まります。水平に取り付けられたヒーターには大きな上向きの表面があり、そこに粒子が重力によって蓄積されます。{1}}堆積物層は上から下に成長し、流れが最も弱い上面に最も厚い堆積が発生します。

垂直に取り付けられたヒーターは、水平断面が小さくなります。-フランジの上部または水平支持部材上に沈降する固体は、加熱された表面全体をコーティングしません。垂直ヒーター表面では、重力による沈降ではなく、主にせん断による堆積が発生します。{3}}廃水タンクの現場データによると、垂直に設置されたヒーターは、水平のユニットと比較して、同じ稼働期間中に蓄積する堆積物が 40 ～ 60% 少ないことが示されています。

取付姿勢とデポジット堆積への影響

表面仕上げとヒーター形状の効果

滑らかで研磨された PTFE 表面は、堆積した固体の接着強度を低下させます。粗い表面に強力に結合する粒子は、タンクの混合または洗浄サイクル中に流速が増加すると、より容易に滑り落ちます。研磨された表面は、標準的な表面仕上げと比較して、ハイソリッド サービスでの洗浄間隔を 30 ～ 50% 延長します。-

ヒーターの直径も重要です。シースの直径が大きくなると、表面積-対体積の比率が小さくなり、供給される電力単位あたりの堆積に利用できる総表面積が減少します。しかし、直径が大きくなると、一定の長さに対する表面積が小さくなることも意味するため、同じ出力を達成するにはより長いヒーターまたはより高いワット密度が必要になります。

固形物を積んだタンクの撹拌と洗浄戦略-

ハイソリッドのサービスでは、断続的な高速混合の方が、継続的な低レベルの撹拌よりも効果的です。{{1}{2}ヒーターの流速を定期的に 0.5 ～ 0.8 m/s に上げると、緩んだ堆積物が硬化して粘りのある層になる前に洗浄されます。これは、タイマー制御された排出装置、または 1 時間ごとに 5 ～ 10 分間作動する専用の混合ポンプを使用して実現できます。{7}

適切な化学洗浄には、特定の堆積組成物を溶解する洗浄溶液が必要です。金属水酸化スケールは希酸に反応します。リン酸カルシウムの堆積には、キレート剤または弱酸性の浸漬が必要です。 -固定カレンダーではなく-検査結果に基づいた清掃スケジュールにより、堆積物がヒーターの表面温度を劣化範囲にまで上昇させる厚さに達するのを防ぎます。

PTFE浸漬ヒーターを使用した廃水処理施設からの推奨洗浄方法

高固形分廃水の実際の仕様手順-

固体の特性評価から始めます。総懸濁物質濃度、粒度分布、および鉱物組成によって、堆積速度と必要な洗浄方法が決まります。簡単な重量分析と上流のプロセス化学のレビューにより、必要な情報のほとんどが得られます。

実際の固形分濃度からワット密度を選択します。 2 ～ 3% の懸濁物質の場合、0.9 ～ 1.1 W/cm2 の制限が適切です。固形分が 4% を超える場合は、0.6 ～ 0.8 W/cm² に低下します。これらの値は、垂直取り付けと定期的な高速混合を前提としています。{10}}水平取り付けの場合はさらに 20 ～ 30% の削減が必要です。

ヒーター表面は研磨仕上げをご指定ください。追加コストはそれほど高くなく、洗浄間隔が大幅に延長されます。タンクが垂直方向に取り付けるのに十分な深さを持ち、加熱部分の上に少なくとも 75 mm の液体が覆われることを確認します。深さが不十分な場合は、単一の長いユニットではなく、複数の短いヒーターを検討してください。

流量監視と高温カットアウトを取り付けます。-高固形分サービスでは、フィルタの詰まりや混合ポンプの故障により、数時間以内に流速が安全しきい値を下回る可能性があります。-フロースイッチと、通常の動作温度より 15 ～ 20 度高いヒーター表面温度制限により、流量損失後の急速な過熱に対する保護が提供されます。

標準ヒーターでは固形物負荷に対応できない場合

固形分濃度が高く、周辺スペースが限られている廃水処理タンクでは、急速な汚れを防ぐワット密度の標準的な PTFE 浸漬ヒーターを設置できないことがよくあります。 0.8 W/cm² で 6 kW のデューティを実現するには、一般的なタンク寸法内で単一のヒーターで提供できるヒーター表面積よりも多い 7,500 cm² のヒーター表面が必要です。-

広い表面積、低いワット密度、研磨された表面を備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、固形物関連の汚れの根本原因に対処します。-仕様プロセスでは、浮遊物質の濃度、粒子の特性、タンクの寸法、混合方法、および必要なワット数が必要です。複数の廃水処理タンクを備えた施設の場合、このアプリケーション固有のアプローチにより、堆積物に関連する過熱が軽減され、必要な洗浄の間隔が延長されます。{3}