ヒューム抑制用のフローティングプラスチックカバーを備えたタンク用の 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?

これらは、煙を抑制し、エネルギーを節約する素晴らしい方法です。オープンタンクにフローティングカバーを追加することは、ヒュームを減らしてエネルギーを節約するための素晴らしい方法です。ただし、屋根付きタンク用の新しいヒーターのワット数を計算する場合、「ガロンあたりのワット数」という通常の経験則では保守的になりすぎて、大型で高価なヒーターが必要になります。中空のプラスチックボール、固体発泡シート、または浮遊タイルで構成される浮遊プラスチックカバーを追加すると、開放液体バスの熱挙動が劇的に変化します。蓋は、大部分の開放型工業用タンクの熱損失の主なモードである蒸発を抑制します。それでも、ヒーターは、初期加熱と定常状態の維持という 2 つの異なる動作状況に合わせてサイズを決定する必要があります。タンクフローティングカバー用途に PTFE ヒーターのサイズを適切に設定するには、カバーが各条件にどのような影響を与えるかを理解する必要があります。

開放型タンクが屋根付きタンクよりも熱を失うのが速い理由 - 物理学
露出したタンクは、次の 3 つの主要なメカニズムによって熱を失います。

蒸発: 分子は液体の表面から離れ、蒸発の潜熱を奪います。これは一般に最大の損失であり、特に高温（例:. 60 –90 度）では顕著です。

対流: 液体上の熱い空気は上昇し、表面から熱を運びます。

タンク壁を介した放射と伝導: 熱は液体の表面から放射され、タンク壁と底を通して伝導されます。

フローティングカバーは液体表面と大気の間に障壁を提供し、蒸発損失を大幅に低減します。ほとんどのフローティング カバーにはある程度の断熱効果もあり、表面からの対流および放射損失を最小限に抑えます。カバーのデザインと取り付け具合に応じて、カバー付きタンクからの全体的な熱損失は、オープンタンクと比較して実際に 50 ～ 70% 削減できます。ただし、カバーは、バルク液体の温度をコールドスタートから動作温度まで上昇させるのに必要な熱を変更しません。

カバーは加熱電力には影響しません-
初期加熱力は以下によってのみ決まります。

液体の質量 (kg または lb)

液体の比熱 (水ベースの溶液の場合、約 4.18 kJ/kg 度または 1 BTU/lb 度 F)

必要な温度上昇 (周囲温度から設定値まで、ΔT)

許容されるランプ時間 (時間または分)

または、実際の数値では、暖房時の熱損失を無視した場合、水の場合、1 ガロンあたり華氏 1 度あたり約 2.5 ワット-時間 (0.66 Wh/L・度) になります。損失を加えると（常にそうであるはずです）、断熱されていないオープンタンクの場合、約 3-4 W/gal- 度 F になります。フローティング カバーはこの計算に影響を与えません。これは、昇温の開始時には液体の表面が冷えており、温度が設定値に近づくまで蒸発損失が小さいためです。さらに重要なことは、蓋は液体の塊に投入する必要があるエネルギー量を減少させないことです。したがって、加熱に必要な電力消費量は、蓋のないタンクの場合とまったく同じになります。

メンテナンス力：激減
タンクが動作温度にあるとき、ヒーターは周囲に失われた熱を置き換えるだけの仕事をしなければなりません。開放タンクでは蒸発損失が大きくなります。フローティング カバーは実質的に蒸発損失を排除し (完全に密閉されている場合)、対流および放射による表面損失を減少させます。残りの損失は次の者が負担します。

タンクの壁と底（伝導）

フローティングカバー自体（プラスチックを介した導通）

カバーとタンクの壁の間に隙間がある場合

実際には、屋根付きタンクのメンテナンス力は、オープンタンクのメンテナンス値の 30 ～ 50% と見積もることができます。たとえば、60 ～ 70 度の水ベースの一般的な酸洗いまたは洗浄浴では、おそらく液面の 20 ～ 30 W/ft^2 に壁の損失を加えたオープンタンクの維持が必要になります。フローティングプラスチックボールカバーにより、表面損失は 5 ～ 10 W/ft2 に減少します。固体の浮遊フォームシートはさらに低くすることができます。

屋根付きタンク用の PTFE ヒーターのサイズを決める方法
適切なサイジング方法は 2 つの計算に基づいており、2 つの計算のうち大きい方を使用して設置ワット数が計算されます。

ステップ 1: ヒートアップ電力を計算する- (カバーの有無にかかわらず、必ず実行してください)
液体の体積をガロンまたはリットルで計算します。

密度を掛けると質量が得られます。

現実的なランプ時間を選択します (通常、ほとんどの工業用タンクでは 2 ～ 4 時間)。

液体の比熱を使用して、その時間内に液体を周囲温度 (例: . 20 度) から設定値 (例: . 70 度) まで加熱するのに必要な電力を決定します。

加熱中の損失のパーセンテージを加算します。-（温度が上昇するにつれて表面はまだいくらかの熱を失っているため、加熱中の蓋付きタンクの場合は約 10-20%）。

500 ガロンの水タンク (約 4000 ポンド) は、3 時間で 20 度から 70 度 (ΔT=50 度=90 °F) まで加熱する必要があります。理論的には、エネルギーは 4000 ポンド × 90 度 F × 1 BTU/lb・度 F=360,000 BTU. 360,000 BTU ÷ 3412 BTU/kWh=105.5 kWh、または kW に変換します。 3+ 時間にわたる平均電力=35.2 kW。損失に 15% を追加すると、約 40 kW の加熱出力が得られます。

ステップ 2: メンテナンス電力の計算 (カバーが少ない場合)
設定値における、覆われたタンクからの総熱損失を推定します。これには以下が含まれます。

フローティング カバーの表面損失 (メーカーのデータまたは技術的推定値を使用: 空気-液の温度差 20 度で、プラスチック ボールの場合は ~5 ～ 10 W/ft^2、固体発泡シートの場合は ~3 ～ 6 W/ft^2)

壁と底の損失 (カバーに依存せず、通常は外部タンク表面積あたり 5 ～ 15 W/ft²)

これらの損失を合計すると、定常状態の維持ワットが得られます。

たとえば、500 ガロンのタンクの液体表面積は 20 平方フィートです。浮遊プラスチックボール、表面損失=8 W/ft 2=160 W. 壁面積 (上部は含まない)=80 ft 2 壁損失=10 W/ft 2=800 W メンテナンス合計=960 W (≈1 kW)。安全率を控えめに 2 としても、メンテナンスはわずか 2kW です。

ステップ 3: 設置ワット数の比較と選択
加熱電力（40 kW）は維持電力（1-2 kW）よりも大幅に大きくなります。- PTFE ヒーターの設置ワット数は、必要な加熱時間を得るために少なくとも 40 kW である必要があります。カバーによってこの要件が軽減されるわけではありません。ただし、タンクが所定の温度に達すると、ヒーターはオフになるか、非常に低いデューティ サイクルで動作し、損失を補うために必要な 1 ～ 2 kW のみが消費されます。これは、メンテナンスに 4 ～ 6 kW を必要とするオープンタンクと比較して、大幅なエネルギー削減となります。

カバーを追加すると、タンクの定常状態が改善されますが、低温から加熱する熱力学は変わりません。-メンテナンス電力のみに基づいてサイジングを行うと、温度を維持できるヒーターが提供されますが、コールドスタートから設定値に到達するまでに不当に長い時間 (数時間または数日) がかかります。

実際の PTFE ヒーターのサイズ決定に関するガイダンス
PTFE ヒーター サイズのタンク フローティング カバーの適用: 次のアクションをお勧めします。

常に、最初にタンク容積、必要なランプ時間、液体比熱を使用して加熱電力を計算します。{0}これは、ほとんどの場合、設置される総ワット数に影響します。

運転コストを見積もり、カバーを付けた状態でのメンテナンス電力を計算することで、ヒーターの制御可能な最低出力 (電力コントローラーを使用している場合) が温度のオーバーシュートを防ぐのに十分なだけ下げられることを確認します。

カバーにより熱ワット数が低下しないようにしてください。これは、加熱が遅くなり、生産開始が遅れ、顧客が不満を抱くことを意味します。-

1 つの大きなヒーターではなく、いくつかの小さなヒーターを使用します。温度の均一性と冗長性が向上します。カバーが自然対流を妨げる可能性があるため、これはカバー付きタンクに特に当てはまります。

PTFE ヒーターはフローティング カバーの下、通常は循環を良くするためタンクの底に設置する必要があります。カバーがヒーターに触れないようにしてください。

特別な考慮事項 : サイクリングとサーモスタットの選択
搭載ヒーター容量は40kWで、メンテナンス負荷は1～2kWと低く抑えられます。したがって、差動が大きい通常のオンオフ サーモスタットでは、過度に大きな温度変動（オーバーシュートとアンダーシュート）が発生する可能性があります。 PID コントローラーまたは比例電力レギュレーター (SCR) を推奨します。これらのデバイスは、設定値に達すると出力を徐々に下げるため、40 kW の大きな要素が、2 kW の交換エネルギーしか必要としないタンクに全熱を注ぎ込むことができません。

まとめ
フローティングプラスチックカバーの使用は、蒸発熱の損失と煙の発生を減らすため、オープンタンクにとって効果的なエネルギー節約戦略です。ヒーターのサイズ設定に関しては、カバーによりメンテナンスに必要な電力が大幅に削減されますが、加熱電力要件は削減されません。-設置される PTFE ヒーターのワット数は、許容可能な期間内に液体全体を周囲温度から動作温度まで加熱するのに必要なエネルギーに基づく必要があります。主な利点は、加熱後、ヒーターが設置容量の一部までサイクルダウンすることで、運用コストが大幅に削減されることです。{4}}設置するヒーターのサイズを減らすのではなく、より低い定常状態の需要を利用する適切な制御システムを選択することによって、エネルギー節約対策をサイジング プロセスに組み込む必要があります。-適切なサイズのタンクは、必要に応じて急速に加熱し、カバーの下で効率的に動作し、生産性とエネルギーの節約を実現します。