Com calcular la longitud de l'escalfador de PFA necessària per a un dipòsit amb un nivell de líquid mínim de 500 mm i un nivell màxim de 2.000 mm sense sobreescalfament de la zona de vapor?

Un escalfador de PFA que sigui excessivament llarg tindrà una quantitat excessiva exposada a la zona de vapor a nivells de líquid baixos en un dipòsit amb nivells de líquid canviants (com ara processament per lots, evaporadors o dipòsits d'extinció), provocant un sobreescalfament i una fallada primerenca. El nivell de líquid mínim-en lloc del màxim-determina la longitud necessària de l'escalfador. Un disseny segur manté la secció exposada (zona de vapor) de l'escalfador en un 20-25% o per sota de la seva longitud total. La longitud màxima de l'escalfador és de 500 / (1 – 0,25)=667 mm per a un nivell mínim de líquid de 500 mm. Això garanteix que la part exposada funcioni a una temperatura superficial inferior i que almenys el 75% de l'escalfador es mantingui submergit al nivell més baix. Instal·leu diversos escalfadors espaciats o utilitzeu un escalfador amb una densitat de watts no-uniforme (potència de sortida més baixa a la zona superior) si es necessita un escalfador més llarg per a un escalfament constant al màxim.

Mecanisme de sobreescalfament de la zona de vapor
El coeficient de transmissió de calor (h) a la zona líquida sol estar entre 500 i 5.000 W/m²·K. H disminueix a 10–100 W/m²·K a la zona de vapor (aire, vapor o vapor àcid). La temperatura superficial a la zona de vapor d'un escalfador amb una densitat de watts uniforme q (W/cm²) és T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 graus és impossible per a q=3 W/cm² (30.000 W/m²) i h_vapor=30 W/m²·K. La temperatura de la funda de PFA encara pot superar els 250-350 graus , cosa que podria provocar una fusió o danys greus, tot i que l'escalfador realment s'-regula a mesura que la resistència augmenta amb la temperatura. Com que el flux de calor de la zona de vapor segura és inferior o igual a 1,0 W/cm², q_vapor ha de ser inferior o igual a 10.000 W/m². q_vapor=q_líquid per a un escalfador uniforme. Per garantir que l'àrea efectiva de dissipació de calor a la zona de vapor sigui prou gran per reduir el flux real, l'únic mètode per mantenir la zona de vapor segura és limitar la fracció de l'escalfador exposada. Tanmateix, la part exposada encara produeix la mateixa quantitat d'electricitat per unitat de longitud sempre que l'escalfador tingui una densitat de watts uniforme. L'augment de temperatura depèn de l'h_vapor fix. Més aviat, es pot utilitzar un escalfador més llarg amb la mateixa potència total per reduir la densitat de watts (q) a tot l'escalfador. q=P / (π × D × L) per a una potència total fixada P i una longitud L. Q disminueix proporcionalment a mesura que augmenta L.

Mètode per determinar la longitud mínima de l'escalfador:

L_min és el nivell de líquid més baix en mil·límetres.

L_escalfador és la longitud total de l'escalfador (mm).

f_exposat=L_exposat / L_escalfador=percentatge exposat=(L_escalfador – L_min) / L_escalfador

q_design és la densitat de watts (W/cm²) determinada per la superfície i la potència total.

El flux de calor de la zona de vapor ha de ser inferior o igual a q_max_vapor=1.0 W/cm² per al funcionament segur de la zona de vapor. D'altra banda, la zona de vapor experimenta el mateix q si l'escalfador té q uniforme. Com a resultat, l'escalfador s'ha de construir amb una petita fracció exposada o una q total baixa perquè fins i tot la part exposada sigui segura. L'estratègia més sensata és reduir f_exposed a Menor o igual a 0,25 i dissenyar amb una q global baixa (menys o igual a 1,5 W/cm²).

Com a regla general, L_heater < L_min / (1 – f_max), on f_max és la fracció exposada màxima permesa (normalment entre 0,20 i 0,25). L_escalfador Menor o igual a 500/{10}} mm per a L_min=500 mm.

Longitud de l'escalfador necessària per a situacions de diferents nivells
Nivell mínim de líquid (mm)Nivell màxim de líquid (mm)Longitud de l'escalfador suggerit (mm) Nivell mínim de fracció exposada (%) q total (W/cm²) a 6 kW, 25 mm DE Seguretat de la zona de vapor 500 2, 000 650 23% 4,7 (massa alt)No segur tret que}},{6}% {{} 2,5 Insegur (exposició massa alta) 500 2,000 650 (només amb 3 kW) 23% 2,35 Acceptable (q baix) 800 2,000 1,000 20% 3,0 Marginal (q al límit) 800 2,{19}},{19}}, potència rebaixada 3,0% (amb potència reduïda) Acceptable 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Bé
Els escalfadors múltiples esglaonats són la resposta si la longitud de l'escalfador necessària per a una cobertura completa al nivell màxim és significativament més llarga que la longitud segura al nivell mínim. Per exemple, col·loqueu un escalfador mitjà (1.200 mm) més alt, un escalfador llarg (2.000 mm) a la part superior i un escalfador curt (650 mm) a la part inferior. Quan el nivell és baix, només funciona l'escalfador inferior; quan està ple, tots funcionen.

Exemple al camp
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. Cap escalfador ha vist mai una exposició superior al 20%. Els tres escalfadors van durar 5+ anys.

La densitat de watts no-uniforme com a alternativa
Si no es poden practicar nombrosos escalfadors, especifiqueu un únic escalfador amb una densitat de watts no-uniforme: el 30% superior de la longitud de l'escalfador només proporciona el 20% de la potència per unitat de longitud, mentre que el 70% inferior produeix el 80%. Això es pot fer alterant el pas del cable de resistència (vegeu l'article #25). La zona superior exposada té un flux de calor reduït a un nivell mínim, la qual cosa redueix la temperatura superficial. Tot i que aquest disseny augmenta els costos de producció entre un 20 i un 30%, permet que un sol escalfador pugui gestionar diferents configuracions.

En conclusió, la longitud de l'escalfador de base amb un nivell mínim de líquid del 20 al 25% de marge d'exposició
Per evitar el sobreescalfament de la zona de vapor, la longitud d'un escalfador de PFA per a un dipòsit amb un nivell de líquid canviant s'ha de determinar a partir del nivell de líquid mínim, no del màxim. Un disseny segur manté el percentatge exposat en o per sota del 20-25% al ​​nivell mínim. La longitud màxima de l'escalfador és de 650-670 mm a un nivell mínim de 500 mm. Utilitzeu un escalfador de densitat de watts no-uniforme o diversos escalfadors escalonats si cal un escalfador més llarg per a la uniformitat del procés. En uns mesos, un únic escalfador llarg amb una fracció alta exposada es trencarà. La tolerància d'exposició de l'escalfador no canvia com ho fa el nivell. Afegiu redundància o mida-la en el pitjor-cas. El nivell més baix, no el més alt, determina quant de temps durarà l'escalfador.