Comment sélectionner la bonne longueur de chauffage PFA pour un réservoir avec un niveau de liquide flottant afin d'éviter la surchauffe de la zone de vapeur ?

Les réchauffeurs PFA sont soumis à différentes profondeurs d'immersion dans des réservoirs à niveaux de liquide flottants (traitement par lots, remplissage intermittent, évaporation/concentration). Une partie importante du réchauffeur fonctionne dans la zone de vapeur si celle-ci est trop longue pour le niveau de liquide minimum, ce qui peut entraîner une surchauffe, une détérioration du PFA et une défaillance précoce. L_heater Inférieur ou égal à L_min_immersion × (1 + f), où f est la proportion autorisée de réchauffeur dans la vapeur (généralement 15 à 25 %), doit être satisfaite par la longueur appropriée du réchauffeur L_heater. La longueur idéale du réchauffeur pour un réservoir avec un niveau de liquide minimum de 1,0 m et maximum de 3,0 m est de 1,2 à 1,3 m (20 à 30 % au-dessus du niveau minimum). Une défaillance rapide se produira avec des radiateurs plus longs (2,0 m) ayant 1,0 m exposés au niveau minimum. Utilisez un radiateur avec une densité de watts non-uniforme (puissance inférieure en haut) ou plusieurs radiateurs étagés par niveau (faible, moyen, élevé) pour gérer différents niveaux. L'objectif est d'éviter des températures PFA supérieures à 180 degrés en maintenant la densité en watts de la zone de vapeur inférieure à 0,5–1,0 W/cm².

Température et densité de puissance dans la zone de vapeur
P_vapor=P_total × (L_vapor / L_total) est la puissance dans la zone de vapeur avec un chauffage uniforme (densité de watt constante sur toute la longueur). q_vapor=P_vapor / A_vapor=(P_total / L_total) × L_vapor / (π × D × L_vapor)=P_total / (π × D × L_total)=la constante est le flux thermique de la zone de vapeur ! Par conséquent, quelle que soit la quantité d’exposition, la densité en watts dans la zone vapeur est exactement la même que dans la zone liquide. C'est là le problème. La partie exposée d'un radiateur prévue pour 3 W/cm² dans un liquide subit 3 W/cm². La température de surface à 3 W/cm² dans la vapeur (h=10–50 W/m²·K contre . 1 000 dans le liquide) serait de 600 à 3 000 degrés (impossible). Le fil de résistance chauffe, le PFA fond ou la coupure thermique se déclenche lorsque le chauffage s'autorégule réellement-. Seulement un très faible flux thermique dans la zone de vapeur-<0.5–1.0 W/cm²-is safe.

Critère de sélection : Le flux thermique de la zone de vapeur doit être inférieur ou égal à 1,0 W/cm². La proportion exposée autorisée L_vapor/L_total pour un appareil de chauffage avec une densité totale en watts q_total est égale à q_max_vapor/q_total. L_vapor/L_total=1.0/3.0=0.33 (33 % d'exposition autorisée) pour q_total=3 W/cm². Par conséquent, L_heater Inférieur ou égal à 1,0 / (1 – 0,33)=1.5 m si le niveau de liquide minimum est de 1,0 m. Pour être sûr, utilisez une exposition de 20 à 25 % dans la pratique.

Tableau de choix de la longueur du radiateur
Fraction de vapeur maximale autorisée q_total (W/cm²) Niveau de liquide minimum (m) Niveau de liquide maximum (m) Longueur maximale du réchauffeur (m) Longueur de réchauffeur suggérée (m) Configuration
0.8 2.5 3.0 0.25 1.07 1.0 Chauffage court au niveau minimum 1.0 3.0 3.0 0.25 1.33 1.2 Acceptable 1.2 3.5 3.0 0.25 1.60 1.5 Bon 1.5 4.0 3.0 0.25 2.00 1.8 Marginal ; utiliser des radiateurs étagés
1.0 3.0 4.0 0.20 1.25 1.1 Des radiateurs plus courts sont nécessaires pour une densité en watts plus élevée
1.0 3.0 2.0 0.35 1.54 1.4 Des radiateurs plus longs sont possibles avec des densités en watts inférieures.
N'importe quel N'importe quel N'importe quel N'importe quel 0,15 (conservateur) L_min / (1 – 0,15)=L_min/0.85 0.85× L_min Conception conservatrice
Appareils de chauffage avec étages pour différents niveaux
Un seul appareil de chauffage ne peut pas desservir les deux extrêmes sans surchauffer à bas niveau si le niveau minimum est de 1,0 m et le maximum est de 4,0 m (variation 4×). Utilisez des radiateurs à trois niveaux :

Le radiateur A est court (1,2 m), monté à faible hauteur-et constamment utilisé (le niveau minimum le couvre).

Chauffage B : moyen (2,5 m), s'active lorsque le niveau est supérieur à 1,5 m

Le réchauffeur C est long (4,0 m) et s'active lorsque le niveau est supérieur à 2,5 m.

Basé sur des capteurs de niveau, le système de contrôle active les radiateurs. Seul le chauffage A, complètement immergé, fonctionne au niveau minimum (1,0 m). Fonction A+B au niveau intermédiaire. Tous les trois fonctionnent au niveau maximum. À pleine densité de watts, aucun appareil de chauffage ne subit jamais de zone de vapeur.

Un chauffage à densité de watts non-uniforme, présentant une faible puissance en haut et une puissance élevée en bas, constitue une alternative. Concevez les 0,5 m supérieurs pour 0,5 W/cm² (exposés à un niveau bas) et les 1,5 m inférieurs pour 3,5 W/cm² pour un radiateur de 2,0 m. Pour cela, un remontage personnalisé est nécessaire (voir article n°25). 20– 30 % plus cher.

Exemple sur le terrain
Au cours des cycles discontinus, le niveau de liquide dans un évaporateur chimique variait entre 0,8 et 2,5 mètres. Le radiateur d'origine a été construit pour un niveau maximum et mesurait 2,4 mètres de longueur. . 1.6 mètres du radiateur ont été exposés à la vapeur au seuil minimum (0,8 mètre). Après trois mois, le PFA est devenu brun et fissuré en raison de la zone exposée fonctionnant à 3 W/cm² dans l'air. Un réchauffeur de 1,1 m (complètement enterré même au niveau minimum) a été installé à sa place par l'usine. La production a diminué même si la taille du lot a été réduite pour maintenir le niveau minimum au-dessus du réchauffeur. Après cela, l'usine a mis en place un système étagé avec un chauffage de 2,0 m qui ne s'allumait que lorsque le niveau était supérieur à 1,5 m et un chauffage de 1,2 m qui était allumé en permanence. La vapeur n'est jamais vue par le radiateur de 1,2 m. Au niveau bas, le chauffage de 2,0 m n'est jamais allumé. La capacité de production a été rétablie et les deux appareils de chauffage ont duré plus de trois ans.

En conclusion, pour une tolérance de vapeur de 25%, L_heater Inférieur ou égal à L_min / 0,75
Dans les réservoirs avec des niveaux de liquide flottants, choisissez la longueur du réchauffeur L_heater de sorte que L_heater soit inférieur ou égal à L_min_immersion / (1 – f), où f est la fraction de vapeur autorisée (généralement 0,20 à 0,25), pour éviter la surchauffe de la zone de vapeur. L_heater Inférieur ou égal à 1,0 / 0.75=1.33 m pour L_min=1.0 m. Utilisez un radiateur à densité de watts non uniforme ou des radiateurs étagés, qui sont de nombreux radiateurs déclenchés par des capteurs de niveau, si la longueur nécessaire est plus longue. Une durée de vie plus longue du radiateur et moins de temps d’arrêt permettent de payer les coûts de mise en scène. Des mois s'écouleront avant qu'un appareil de chauffage à pleine densité de watts exposé à la vapeur ne tombe en panne. Utilisez peu ou pas d’énergie pour protéger la zone de vapeur. Un seul long radiateur à plusieurs niveaux ne fonctionne pas ; la mise en scène le fait. Au lieu de viser le niveau le plus élevé, concevez le niveau le plus bas. Lorsque le réservoir est bas, le chauffage doit durer. Cela échoue à ce stade. Utilisez une mise en scène ou une courte longueur pour le protéger. Votre lot vous en sera reconnaissant.