蒸発損失が非常に高いタンク用の PTFE ヒーターのサイズを決定するにはどうすればよいですか?

寒い職場で静かに蒸気を発する熱いプロセスタンクによって、かなりの量のエネルギーが失われます。このエネルギーはタンクの壁を通って失われるだけでなく、水蒸気として周囲の空気中に直接失われます。このようなシステム用の PTFE ヒーターのサイズを決定する場合、液体を蒸気に変えるために必要なエネルギーが他のすべての熱損失を上回ることがよくあります。多くの高温化学薬品タンクでは蒸発が主なヒートシンクとなるため、ヒーターを選択する際には考慮する必要があります。-

蒸気を発生させるタンクには、雲の中に隠されたエネルギーと同じサイズのヒーターが必要です。一見十分な電力が設置されているように見えますが、蒸発損失を無視すると、システムが動作温度に達しないことがよくあります。

高温タンク内の熱損失のほとんどが蒸発によるものである理由
化学処理、メッキ、エッチング、洗浄、表面処理に使用される工業用タンクでは、50 ～ 60 度を超える温度が一般的です。これらの温度では蒸発が加速します。

蒸発は、断熱壁による伝導熱損失よりもはるかに積極的なエネルギー除去方法です。蒸発潜熱は、液体が蒸気に変わる 1 キログラムごとに失われるかなりの量の熱エネルギーです。

蒸気形成の隠れたエネルギーコスト
水ベースの溶液の蒸発潜熱はおおよそ次のとおりです。{0}

2260 kJ/kg2260\\ \\mathrm{kJ/kg}2260 kJ/kg

温度をさらに上げずに液体の水を蒸気に変えるのに必要なエネルギーは、この図に示されています。

一見低い蒸発率であっても、かなりの継続的な熱需要が発生します。

例えば：

1 時間ごとに 1 リットルの水を蒸発させることにより、約 0.6 kW の熱が継続的に除去されます。

強い空気流と高温により、大型の工業用タンクでは 1 時間あたり数リットルが蒸発する可能性があります。

数キロワットの継続的な熱損失は、重い蒸気プルームとして表される場合があります。

エネルギー収支は、蒸発する蒸気によってプロセスタンクから物理的に排出されます。

PTFE ヒーターのサイジングにおける高い蒸発損失の理解
PTFE ヒーターの高蒸発損失のサイジングの背後にある考え方は、タンクの実際のメンテナンス熱負荷を正確に決定することです。

メンテナンス負荷と加熱負荷-
タンク ヒーターのサイズを決定するには、多くの場合 2 つの異なる計算が必要になります。

初期加熱電力

継続的なメンテナンスのための電力

多くのホットオープンタンク設置では、メンテナンスの負担が最も困難な問題となります。{0}}

起動中、システムはタンクを正常に加熱できますが、生産中に蒸発が安定するため、温度を維持できない可能性があります。

この問題は以下の点で非常に悪いです。

開いている酸タンク

加熱すすぎを備えたシステム

酸洗用浴槽

エッチング用タンク

掃除のライン

強力なヒューム抽出タンク

開放型タンクではなぜ熱がこれほど失われるのか
より温かい液体分子は表面から逃げる可能性が高いため、蒸発は温度とともに急激に増加します。

表面積は重要です
露出した液体表面積は蒸発損失と直接相関します。

より多くの液体表面が空気の動きにさらされるため、広くて浅いタンクは、同じ温度で動作している狭くて深いタンクよりも多くのエネルギーを失うことがよくあります。

空気の流れによって蒸発が促進される
安全性と法的遵守にとって重要であるにもかかわらず、ヒューム抽出システムは蒸発を大幅に増加させる可能性があります。

タンク表面を絶えず空気が通過することで蒸気の発生が促進され、湿った空気が除去され、より乾燥した空気に置き換わります。

重大な影響を与える要因には次のようなものがあります。

対気速度

相対湿度

液体の温度

タンクの形状

地表の乱気流

排気フードの構成

蒸発推定値は、直接的な理論計算を使用する代わりに、経験表、プロセス データシート、または過去のプラント運転経験から得られることがよくあります。

屋根付きタンクに必要なヒーター電力が大幅に少ない理由
露出した液体表面の量を減らすことは、ヒーターの需要を下げる最も簡単な方法の 1 つです。

タンク蓋とフローティングカバー
断熱蓋またはフローティングカバーを使用すると、蒸発損失を大幅に減らすことができます。

利点は次のとおりです。

ヒーター電力の必要性の削減

化学物質の使用量の削減

温度の安定性の向上

オフィス内の湿度が下がった

換気要求を軽減する

運用コストの削減

多くの場合、屋根付きタンクでは、同じ温度で動作する屋根なしのシステムに必要な加熱能力の半分または 1/3 しか必要としません。{0}}

最悪の場合の-ケースのサイジングは重要です
ヒーターのサイズ設定では、動作中にカバーを確実に確保できない最悪の状態のオープンタンク状況を常に考慮する必要があります。{0}}

生産中にオペレーターがタンクを露出したままにすると、部分的にのみカバーされた操作のみを目的としたヒーターでは、継続的に問題が発生する可能性があります。

蒸発損失が過小評価されている一般的な兆候の 1 つは、設定温度に到達できない状態が続くことです。

PTFE ヒーターの設計上の制限
コンパクトなヒーターの出力を高めるために、設計者は、蒸発損失が大きいため、ワット密度を積極的に高めようとすることがよくあります。

この方法では、PTFE 浸漬ヒーターの信頼性に重​​大な問題が生じます。

ワット密度は PTFE の境界内に収まらなければなりません
PTFE ヒーター表面は、以下のことを防ぐために安全な温度範囲内で機能する必要があります。

シースの過熱

ポリマーの分解

耐用年数が短くなる

特定のエリアが過熱する

初期不良

必要なヒーター表面積は、ヒーター全体のワット数に応じて増加する必要があります。

通常、これは次のことを意味します。

より優れたヒーター形状

長時間の浸漬

いくつかのヒーターのバンク

並列ヒーターの要素

単一の小型高密度ユニットとは対照的です。-

信頼性を高めるいくつかの要因
多くの場合、蒸発損失が大きい大型の開放タンクでは、複数の低密度 PTFE 発熱体がより効果的です。-

利点は次のとおりです。

熱分布の改善

表面荷重の減少

冗長性の強化

より簡単なメンテナンス

局所的な沸騰の減少

この配置のもう 1 つの利点は、ヒーター表面の周囲の安定した流体循環です。

視覚的なインジケーターで暖房が過小であることが頻繁に表示される
タンクの観察は、蒸発損失の高いアプリケーションの PTFE ヒーターのサイジングにおいて最も実用的な洞察の 1 つです。

重い蒸気は大きなエネルギー損失を示します
継続的なエネルギー除去は、目に見える蒸気雲によって直接実証されます。

以下は、蒸発が熱負荷を制御していることを示す指標です。

常に目に見える蒸気プルーム

温度の戻りが遅い

ヒーターは常に稼働しています。

設定値を守れない

電気の使用量が多い

換気量の変化による不安定な温度

重度に蒸気が発生したタンクでは、ほとんどの場合、壁の損失または液体の体積のみに基づいて最初に見積もられたよりも多くのメンテナンス ワット数が必要になります。

蒸発制御プロセスの経済学
大型のヒーターを設置しても、蒸発を減らすほど費用対効果が必ずしも高いわけではありません。{0}}

化学物質とエネルギーの節約
蒸発速度が低下すると、次のような結果が生じます。

電気暖房の需要

水の交換に必要な条件

化学薬品から引きずり出す-

酸の喪失

換気のためのエネルギー使用量

蒸発制御は、多くの場合、加熱された化学システムにおけるエネルギーを管理し、プロセス品質を向上させるための方法となります。

結論は
開放型の高温プロセス タンクでは、単純な液体量の計算よりも蒸発損失を優先するヒーターのサイジング手順が必要です。{0}}蒸気によって運ばれる潜熱は、約 60 度を超えると維持熱需要全体をすぐに超えることがあります。

この隠れたヒートシンクを無視すると、意図した設定値に到達せずにヒーターが継続的に動作し、プロセス温度が変動し、慢性的な過熱が発生することがよくあります。したがって、蒸発損失が大きい用途の PTFE ヒーターのサイズを決定するには、タンク表面積、空気流条件、動作温度、および最悪の場合のオープンタンクへの曝露を慎重に考慮する必要があります。-

PTFE ヒーターは安全なワット密度制限を下回る必要があるため、総加熱容量を増やすには、通常、表面負荷を増やすのではなく、ヒーター表面積を増やすか、ヒーター要素を追加する必要があります。

多くの産業システムにおける最も明らかな廃棄物の流れは、-タンクの上に上昇する蒸気プルーム-であり、熱エネルギーの正確な宛先を最も正確に示します。\\