Optimització de múltiples disposicions d'escalfador de PTFE per a una distribució uniforme de la temperatura del tanc

Els tancs de procés més grans amb més d'un escalfador d'immersió de PTFE solen tenir gradients de temperatura que duren molt de temps. Una cantonada és sempre 8-12 graus més calenta que l'altra, i l'estratificació vertical provoca una diferència que es pot mesurar de dalt a baix. Els escalfadors funcionen a tota la seva capacitat i la potència global satisfà les prediccions de-pèrdua de calor, però la qualitat dels productes fluctua d'un lot a un altre. Els enginyers de plantes i els dissenyadors de tancs saben que el lloc on col·loqueu l'escalfador és més important que la quantitat de watts que té a l'hora de distribuir la calor. Els dissenys optimitzats eliminen els pegats freds i calents, cosa que fa que la temperatura sigui uniforme a tota l'habitació. Això ajuda a mantenir estables les velocitats de reacció, el gruix del recobriment i els rendiments del procés.

La manera com es propaga la calor als tancs de múltiples-escalfadors es basa en conceptes dinàmics de fluids-coneguts-, amb la convecció natural que n'és la força principal. Al llarg de la seva beina, cada escalfador fa un plomall de fluid càlid que puja. El fluid refrigerant flueix per les parets del dipòsit i entre els escalfadors per acabar la cèl·lula de circulació. Quan els escalfadors estan massa a prop els uns dels altres, a menys d'una longitud d'escalfador, les seves capes límit tèrmiques se superposen. Això crea zones calentes reforçades entre els elements i deixa porcions a l'exterior de l'escalfador que no s'escalfen prou. D'altra banda, massa espai deixa zones estancades on la convecció natural no pot moure bé la calor. El resultat sembla gradients repetits que el mapatge tèrmic sempre troba quan es configura el sistema per primera vegada.

La forma en què es configura l'escalfador també afecta com es produeix la barreja. Instal·lar-lo verticalment ajuda a un fort flux ascendent i corrents de retorn que trenquen l'estratificació i equilibren la temperatura a tota la profunditat. De vegades, l'arquitectura del tanc requereix escalfadors horitzontals. Aquests escalfadors no barregen el fluid tan bé en la direcció vertical, la qual cosa permet que el fluid més càlid s'acumuli a la superfície i creï zones estratificades estables. Per a dipòsits de més d'1,5 m de profunditat, la disposició vertical amb espai suficient entre els dipòsits sempre funciona millor que les matrius horitzontals per mantenir la temperatura uniforme.

Les regles pràctiques d'espaiat provenen d'estudis de flux-reals i de dades de rendiment del camp. L'espai entre els centres dels escalfadors ha de ser de dues a tres vegades la profunditat efectiva del dipòsit. Això permetrà que les cèl·lules de convecció creixin sense cap problema. Per evitar que la capa límit s'enganxi i que el flux de retorn s'obstrueixi, la distància des de la funda de l'escalfador fins a les parets del dipòsit o les peces estructurals hauria de ser d'una a dues vegades el diàmetre de l'escalfador. Aquestes mides asseguren que cada escalfador afecti un volum de circulació diferent però superposat que cobreix la petjada completa del dipòsit. Una bona regla general és que la longitud total de l'escalfament s'ha d'estendre al voltant de la petjada del tanc en lloc de concentrar-se en un sol lloc.

La configuració del disseny afecta el bon funcionament de les diferents cèl·lules circulatòries. Quan col·loqueu files alineades al llarg d'una paret, obteniu un fort efecte de "paret calenta": un costat té molt flux ascendent, mentre que l'altre costat no rep prou líquid calent. Els corrents transversals-de tancs que mouen la calor cap als costats i eliminen les zones mortes es creen mitjançant un disseny esglaonat que es compensa amb la meitat de la distància d'espai a les files veïnes. Un error comú és alinear els escalfadors al llarg d'una paret, cosa que fa que un costat sigui calent i l'altre costat fred. D'altra banda, esglaonar-los fa que la barreja entre tancs creuats sigui molt millor. Les reixetes esglaonades simètriques funcionen bé per als tancs amb petjades rectangulars o circulars. Tanmateix, per als tancs amb formes irregulars, pot ser necessària una col·locació asimètrica, que es pot confirmar amb models físics a escala.

La millora de la circulació fa que la convecció natural sigui més forta i fa que les regles d'espaiament siguin menys rígides. Els impulsors de-cisalla baixa, les bombes de recirculació-de muntatge lateral o els deflectors col·locats als llocs adequats mouen l'aigua per les superfícies de l'escalfador i per espais entre escalfadors. Aquests canvis fan que els desnivells siguin menys pronunciats sense afegir més potència. Un llaç de recirculació modest que surt del fons del dipòsit i descarrega prop de la superfície, per exemple, pot reduir l'estratificació vertical en un 70% en només uns minuts. Si ja hi ha agitació per motius de procés, l'escalfador s'ha de col·locar de manera que segueixi els canals de flux que ja hi ha, no contra ells.

La verificació de la instal·lació confirma el propòsit del disseny. El mapeig de temperatura realitzat a diferents profunditats i punts radials mentre la càrrega està plena i les condicions d'estat estacionari-s'hi fan, mesura la uniformitat d'una cosa. Per a la majoria dels processos químics, la fluctuació de l'objectiu es manté dins de ± 2 graus a través del volum de treball. Les imatges d'infrarojos o les matrius de termoparells multi-punts poden mostrar-vos qualsevol pegat calent o butxaca freda que s'hagi de moure o tenir més circulació. Fer un seguiment de les coordenades finals de l'escalfador, l'orientació i els gradients mesurats us ofereix un punt de partida per al manteniment futur o els ajustos del procés.

Escollir el lloc adequat per a l'escalfador és tan important com triar la quantitat adequada d'energia per aconseguir temperatures uniformes. La distribució de la calor, l'espai entre els calefactors, la convecció natural, el disseny esglaonat i la uniformitat de la temperatura són aspectes de disseny que funcionen conjuntament per decidir si un sistema de calefacció múltiple-compleix les especificacions o té gradients crònics. El modelatge de dinàmica de fluids computacional optimitza l'arquitectura de l'escalfador abans de la seva fabricació per a tancs amb formes complicades, fluids gruixuts o requisits d'uniformitat estrictes (± 1 grau o més). La simulació preveu camps de velocitat i contorns de temperatura en condicions-reals. Això fa que sigui fàcil provar diferents configuracions i desfer-se de la necessitat de canvis de camp. Quan s'utilitzen correctament, aquests principis converteixen la col·locació d'un possible problema en la base d'un rendiment tèrmic consistent i repetible en sistemes d'escalfador d'immersió de PTFE per a tot tipus de dipòsits industrials.