چگونه می توان گرمای لازم را-زمان بالا رفتن برای یک بخاری PTFE در یک مخزن با قطعات کار سرد غوطه ور محاسبه کرد؟

یک بشکه از بست های فولادی سرد در یک مخزن اسید گرم ریخته می شود تا آبکاری شود. دمای محلول به سرعت چند درجه کاهش می یابد زیرا گرما به سرعت وارد بار فلزی می شود. سپس بخاری باید دمای مایع و همچنین دمای دیواره های مخزن، وسایل و قطعات کار غوطه ور را جایگزین کند. محاسبات اندازه بخاری که جرم حرارتی قطعات ورودی را نادیده می گیرد، منجر به کندی زمان بازیابی، دمای فرآیند ناپایدار و توان تولید کمتر می شود.

مشکل در محاسبه زمان گرم شدن بخاری PTFE برای قطعات کار سرد این است که هر کیلوگرم فلز سرد وارد شده به حمام یک سینک حرارتی بزرگ است. خود این قطعات یک اسفنج سرد و بزرگ برای گرما هستند که انرژی را از عملیات تا زمانی که تعادل حرارتی برقرار شود می مکند.

درک تعادل حرارتی یک مخزن فرآیند |
بخاری غوطه ور PTFE فقط مایع را گرم نمی کند. در بارگذاری/راه اندازی دسته ای، انرژی حرارتی باید به چندین جرم به طور همزمان داده شود.

بار حرارتی کلی معمولاً شامل موارد زیر است:

فرآیند سیال

معماری تانک

اتصالات، سبد یا قفسه

قطعات کار غوطه ور شدند

اتلاف مداوم گرما به محیط

هر جزء با توجه به جرم، کیفیت مواد و افزایش دمای مورد نیاز گرما را جذب می کند.

بخاری باید قدرت کافی برای گرم کردن همه این عناصر از دمای اولیه تا دمای عملیاتی نهایی آنها در زمان گرم کردن مناسب- داشته باشد.

چرا قطعات کار سرد بار حرارتی را تنظیم می کنند؟
در بسیاری از فعالیت های آبکاری، آنودایز و پردازش شیمیایی، بیشترین جرم حرارتی وارد شده به مخزن قطعه کار است.

اجزای فولادی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند زیرا ترکیب می شوند:

تراکم بالا

دسته ای فله بزرگ

ظرفیت گرمایی متوسط

تقریباً گرمای ویژه فولاد عبارت است از:

c_{فولاد} \\تقریباً 0.5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}csteel​≈0.5 kJ/kg⋅K

این بدان معنی است که مقدار قابل توجهی از فولاد مقدار زیادی انرژی حرارتی برای دستیابی به افزایش حتی جزئی در دما مصرف می کند.

به عنوان مثال، 1 تن فولاد گرم شده در دمای 30 درجه سانتیگراد حدوداً موارد زیر را جذب می کند:

Q=mcΔT=1000×0.5×30=15000 kJQ=mc\\Delta T=1000 \\times 0.5 \\times 30=15000\\ \\mathrm{kJ}Q=mcΔT{9}}×0.5×{11}} kJ

قبل از اینکه بتوانید دوباره دمای فرآیند پایدار را بدست آورید، این نیاز انرژی وجود دارد.

در فرآیندهای دسته ای با بشکه ها، قفسه ها یا وسایل متراکم، جرم بار قطعه کار ممکن است برابر یا بیشتر از جرم حرارتی خود مایع باشد.

معادله اساسی انرژی حرارتی
انرژی برای گرم کردن هر ماده ای را می توان با استفاده از رابطه اصلی انتقال حرارت تعیین کرد:

Q=mcΔT Q=mc \\Delta TQ=mcΔT

کجا:

QQQ=به انرژی حرارتی نیاز داشت

وزن=MMM

سی سی سی=ظرفیت گرمایی

ΔT=افزایش دما

این محاسبه باید به طور مستقل برای موارد زیر انجام شود:

مشروب روش

قطعات

ساخت تانک

هر قفسه یا وسایل بزرگ

سپس مقادیر انرژی به دست آمده برای به دست آوردن نیاز گرمایشی کل اضافه می شود.

محاسبه بار حرارتی سیال
مایع فرآیند معمولاً بار حرارتی پایه است.

محلول های مبتنی بر آب ظرفیت گرمایی ویژه نسبتاً بالایی دارند که به موارد زیر نزدیک می شود:

cwater≈4.18 kJ/kg⋅K

مخازن آبکاری و مواد شیمیایی گاهی اوقات صدها یا هزاران لیتر اندازه دارند، بنابراین فقط جوشاندن مایع به تنهایی می تواند قدرت زیادی را بگیرد.

با این حال، در تولید، معرفی مداوم قطعات فلزی سرد می تواند به زودی بار قطعه کار را به همان اندازه مهم کند.

یک قانون کلی برای تعیین بار حرارتی کلی این است که جرم کار را به جرم مایع اضافه کنید. این تقریب می‌تواند یک تخمین اولیه تقریبی ارائه دهد، اما برای یک محاسبه مهندسی دقیق، سهم مایع و قطعه کار برای دقت بهتر از هم جدا می‌شوند، زیرا مواد ظرفیت‌های حرارتی ویژه بسیار متفاوتی دارند.

محاسبه توان بخاری مورد نیاز
پس از محاسبه کل انرژی حرارتی مورد نیاز، حداقل توان بخاری را می توان با تقسیم کل انرژی بر زمان گرمایش{0}} مورد نظر محاسبه کرد.

رابطه به شرح زیر است:

P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ​

کجا:

PPP=قدرت گرمایش لازم

QQQ{0}}انرژی حرارتی کل

ttt=زمان لازم برای گرم کردن- را در نظر گرفت

در صورت بازیابی سریع پس از بارگذاری قطعات سرد، به توان نصب شده بالاتری نیاز است.

به عنوان مثال:

قدرت بخاری کمتر زمان بازیابی طولانی را فراهم می کند

یک هدف بازیابی کوتاه به چگالی توان بسیار بالاتری نیاز دارد

این اتصال مبنای تمام تخمین‌های زمان گرم شدن بخاری PTFE برای قطعه کار سرد است.

در نظر گرفتن تلفات حرارتی در مخازن
در هر صورت، هنگام گرم شدن{0}}، مقداری از برق بخاری همیشه به محیط اطراف از دست می‌رود.

مکانیسم های معمول تلفات حرارتی عبارتند از:

همرفت در دیواره های مخزن

تبخیر سطحی مایع

تابش به هوای محیط

تلفات تهویه

این تلفات معمولاً کمتر از انرژی مورد نیاز برای گرم کردن مایع و قطعات کار است، اما به کل نیاز بخاری می‌افزایند.

تلفات حرارتی زمانی که:

زمان‌های گرم کردن{0} طولانی‌تر

مخازن در دمای بالا کار می کنند

سطح بزرگ

نرخ تهویه بیشتر است

عایق ضعیف

این تلفات مداوم معمولاً با یک حاشیه ایمنی اضافی در یک برآورد طراحی واقع بینانه مجاز است.

چرا چگالی وات هنوز اهمیت دارد؟
یک بخاری PTFE کوچک را نمی توان فقط بر روی نیازهای انرژی گرمایشی زیاد متمرکز کرد.

مقاومت شیمیایی بالای PTFE با هدایت حرارتی کمی جبران می شود. چگالی وات بسیار زیاد سطح غلاف را بیش از حد گرم می کند و عمر بخاری را کاهش می دهد.

حتی در توان بالا، محدودیت های چگالی وات غلاف PTFE باید رعایت شود.

بنابراین، بارهای گرمایی قابل توجه معمولاً نیاز دارند:

بخاری های غوطه وری مختلف

بخاری ها با طول بیشتر

افزایش سطح غلاف

طرح های بخاری با چگالی کم وات

این روش طراحی اجازه می دهد تا گرما با خیال راحت تری پخش شود و در عین حال دمای غلاف در محدوده قابل قبول حفظ شود.

در نظر نگرفتن محدودیت های چگالی وات در انتخاب بخاری می تواند منجر به موارد زیر شود:

PTFE را بیش از حد گرم کنید

کاهش عمر بخاری

دمای غلاف خیلی بالاست

زوال شیمیایی نزدیک به سطح بخاری

پردازش دسته ای منجر به بارهای حرارتی دوره ای می شود.
مخازن فرآیند پیوسته معمولاً نزدیک به شرایط{0}}وضعیت ثابت کار می کنند. عملیات دسته ای متفاوت عمل می کند.

هر دسته از قطعات سرد یک اختلال حرارتی گذرا اما قابل توجه را ایجاد می کند.

جدیت این اختلال به موارد زیر بستگی دارد:

جرم جزئی

نوع مواد

دمای قسمت اولیه

بار فرکانس 3

زمان بهبودی

اگر به ریختن فولاد سرد در مخزن فرآیند گرم ادامه دهید، می توانید بخاری را فشار دهید تا تقریباً تمام وقت کار کند.

اگر ظرفیت گرمایش نصب شده خیلی کم باشد، دمای فرآیند ممکن است هرگز به طور کامل بین چرخه های تولید بهبود نیابد.

#### رابطه بین اینرسی حرارتی و راندمان تولید
قوام تولید مستقیماً تحت تأثیر اینرسی حرارتی است.

بازیابی کند دما می تواند تأثیر بگذارد:

نرخ آبکاری

سینتیک واکنش

اچ نتایج

ویسکوزیته

کیفیت پرداخت سطح

ناپایداری دمایی سیستم‌های آبکاری نیز می‌تواند بر یکنواختی ضخامت رسوب و تکرارپذیری فرآیند تأثیر بگذارد.

بنابراین، اندازه مناسب بخاری ها یک مشکل مهندسی حرارتی و یک مشکل کیفیت فرآیند است.

جرم حرارتی کاری که وارد مخزن می شود باید جزء جدایی ناپذیر طراحی کل سیستم گرمایش در نظر گرفته شود.

نتیجه گیری
زمان گرم کردن{0}} مورد نیاز یک بخاری غوطه ور PTFE به طور قابل توجهی بیشتر از محاسبه حجم مایع است. تقاضای حرارتی کل سیستم به شدت تحت تأثیر جرم، نوع ماده و دمای اولیه قطعات کار غوطه ور است.

اجزای فولاد سرد دارای گرمای ویژه حدود 0.5 کیلوژول/کیلوگرم کلوین هستند و مقدار زیادی انرژی را در حین گرمایش جذب می‌کنند و اغلب به یکی از بزرگترین مخزن‌های حرارتی در مخزن فرآیند تبدیل می‌شوند. حداقل قدرت بخاری را می توان با اضافه کردن کل انرژی لازم برای گرم کردن مایع، ساختار مخزن، وسایل و قطعات و مقایسه آن با زمان بازیابی مورد نظر محاسبه کرد.

در عین حال، محدودیت‌های چگالی وات PTFE باید در محدوده کاری قابل قبول نگه داشته شوند، که معمولاً نیاز به استفاده از بخاری‌های متعدد یا طرح‌های با چگالی کم{0} بزرگ‌تر برای پخش مناسب گرما دارند.

در طراحی عملی گرمایش، وزن و نوع قطعاتی که وارد حمام می شوند از محاسبه اندازه بخاری جدا نیستند. اگر آن جرم حرارتی را در نظر نگیرید، تقریباً تضمین می‌شود که پاسخ فرآیند به طرز ناامیدکننده‌ای با تاخیر مواجه شوید. مقدار گرمایی که باید وارد شود نیز تابعی از چیزی است که در مورد جرم فلزی به مخزن می رود.