Заводу по отделке металла требовалось подобрать сменный погружной нагреватель из ПТФЭ для резервуара анодирования хромовой кислотой емкостью 2000-литров. Ванна работала при температуре 55 градусов, а для нагрева установки требовалось четыре часа с 20 градусов. Существующий нагреватель имел недостаточные размеры, и резервуар так и не достиг заданной температуры во время пиковой производительности. Прежде чем заказывать замену, команде технического обслуживания необходимо было рассчитать правильную мощность.
Выбор размера погружного нагревателя из ПТФЭ для резервуара с хромовой кислотой требует трех расчетов: тепловой-нагрузки, нагрузки на техническое обслуживание и площади поверхности, необходимой для безопасной плотности мощности. Каждый расчет зависит от химического состава ванны, размеров резервуара и условий эксплуатации.
Шаг 1. Рассчитайте тепловую-нагрузку
Нагревательная-нагрузка – это энергия, необходимая для поднятия ванны от температуры окружающей среды до заданного значения за желаемое время. Формула: кВт=(литры × ΔT × Cp × плотность) / (3600 × часы).
Для ванны хромовой кислоты объемом 2000-литров с плотностью 1150 кг/м³ и удельной теплоемкостью 3,75 кДж/кг·К нагрев от 20 до 55 градусов за четыре часа требует примерно 23 кВт. Прибавив 20% на потери при нагреве, получим 28 кВт.
| Объем бака | Повышение температуры | Время нагрева- | Нагрев-Нагрузка | С маржой убытков 20% |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 35 градусов | 4 часа | 11,5 кВт | 14 кВт |
| 1,500 L | 35 градусов | 4 часа | 17,2 кВт | 21 кВт |
| 2,000 L | 35 градусов | 4 часа | 23,0 кВт | 28 кВт |
| 2,500 L | 35 градусов | 4 часа | 28,7 кВт | 34 кВт |
| 3,000 L | 35 градусов | 4 часа | 34,5 кВт | 41 кВт |
Нагревательная-нагрузка для ванн с хромовой кислотой при 1150 кг/м³ и 3,75 кДж/кг·К
Шаг 2. Рассчитайте нагрузку на техническое обслуживание
Нагрузка на техническое обслуживание – это энергия, необходимая для поддержания заданного значения и предотвращения постоянных потерь. Для резервуара емкостью 2000 л при 55 градусах стеновые потери составляют 1,5–2,5 кВт, поверхностные потери – 0,8–1,5 кВт, производственная нагрузка – 1–3 кВт. Суммарная эксплуатационная нагрузка составляет 3,3–7,0 кВт.
Нагреватель должен быть рассчитан на большую тепловую-нагрузку или нагрузку на техническое обслуживание. Для этого бака тепловая-нагрузка 28 кВт больше.
Шаг 3: Рассчитайте необходимую площадь поверхности
Площадь поверхности зависит от мощности и безопасной плотности ватт для хромовой кислоты. Для погружного нагревателя из ПТФЭ в хромовой кислоте при температуре 55 градусов безопасная плотность ватт составляет 1,0–1,2 Вт/см².
Для мощности 28 кВт при 1,0 Вт/см² необходимая площадь поверхности составляет 28 000 см². Для одного прямого нагревателя с диаметром оболочки 50 мм потребуется нагреваемая длина на 17 834 мм-, что намного больше, чем у любого обычного резервуара. Требуется многоходовая конфигурация или несколько нагревателей.
| Мощность | Безопасная плотность ватт | Требуемая площадь поверхности | Длина с подогревом при оболочке 50 мм | Многопроходная конфигурация- |
|---|---|---|---|---|
| 15 кВт | 1,0 Вт/см² | 15 000 см² | 9554 мм | 6 проходов × 1592 мм |
| 20 кВт | 1,0 Вт/см² | 20 000 см² | 12 739 мм | 8 проходов × 1592 мм |
| 25 кВт | 1,0 Вт/см² | 25 000 см² | 15 924 мм | 10 проходов × 1592 мм |
| 28 кВт | 1,0 Вт/см² | 28 000 см² | 17 834 мм | 12 проходов × 1486 мм |
| 30 кВт | 1,0 Вт/см² | 30 000 см² | 19 108 мм | 12 проходов × 1592 мм |
Требования к площади поверхности и многоходовой-конфигурации для хромовой кислоты при 1,0 Вт/см²
Шаг 4. Проверьте глубину погружения и посадку резервуара
Нагреватель должен соответствовать резервуару и оставаться полностью погруженным в воду при минимальном уровне жидкости. Резервуар объемом 2000-л и размерами 1500×1200×1100 мм имеет полезную длину обогрева примерно 800–900 мм. Многоходовой подогреватель с 12 проходами по 1486 мм каждый не может поместиться в один бак.
Практическое решение — использовать несколько нагревателей, распределенных по периметру резервуара. Три нагревателя, каждый по 10 кВт при 1,0 Вт/см², в сумме обеспечивают 30 кВт. Каждый нагреватель имеет многоходовую-конфигурацию, соответствующую доступному пространству.
Шаг 5. Проверьте плотность мощности и температуру поверхности.
Плотность ватт рассчитывается на основе общей мощности и общей площади поверхности. Для 28 кВт и 28 000 см² плотность ватт составляет 1,0 Вт/см². При мощности 1,0 Вт/см² в ванне с умеренно перемешиваемой хромовой кислотой при температуре 55 градусов температура поверхности составляет примерно 75–80 градусов. Это находится в пределах безопасного диапазона для ПТФЭ.
Если расчетная температура поверхности превышает 85 градусов, плотность ватт следует уменьшить, а площадь поверхности увеличить.
Когда стандартные обогреватели не могут удовлетворить требования по мощности и площади поверхности
Большие резервуары с хромовой кислотой с высокими-тепловыми нагрузками часто не могут вместить стандартные погружные нагреватели из ПТФЭ с низкой плотностью мощности, необходимой для химических процессов. Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с несколькими нагревателями, большой площадью поверхности и низкой плотностью мощности устраняет основную причину несоответствия мощности и площади поверхности. Для процесса спецификации требуется указать объем резервуара, химический состав ванны, рабочую температуру, заданное время-нагрева и требуемую мощность. Для предприятий с большими резервуарами хромовой кислоты этот-подход, ориентированный на конкретную область применения, гарантирует, что нагреватель обеспечивает необходимую мощность при безопасной температуре поверхности.
