Bagaimana Menghitung Panjang Pemanas PFA yang Dibutuhkan untuk Tangki dengan Ketinggian Cairan Minimum 500 mm dan Ketinggian Maksimum 2.000 mm Tanpa Zona Uap Terlalu Panas?

Pemanas PFA yang terlalu panjang akan memiliki terlalu banyak paparan ke zona uap pada tingkat cairan rendah di dalam tangki dengan tingkat cairan yang berubah-ubah (seperti pemrosesan batch, evaporator, atau tangki pendinginan), yang menyebabkan panas berlebih dan kegagalan dini. Ketinggian cairan minimum-bukan maksimum-menentukan panjang pemanas yang diperlukan. Desain yang aman menjaga bagian terbuka pemanas (zona uap) pada atau di bawah 20–25% dari panjang keseluruhannya. Panjang pemanas maksimum adalah 500 / (1 – 0,25)=667 mm untuk ketinggian cairan minimum 500 mm. Hal ini menjamin bahwa bagian yang terbuka beroperasi pada suhu permukaan yang lebih rendah dan setidaknya 75% pemanas tetap terendam pada tingkat terendah. Pasang beberapa pemanas dengan jarak tertentu atau gunakan pemanas dengan kepadatan watt yang tidak seragam (output daya lebih rendah di zona atas) jika pemanas yang lebih panjang diperlukan untuk pemanasan yang konsisten pada pengisian maksimum.

Mekanisme Overheating Zona Uap
Koefisien transmisi panas (h) di zona cair biasanya antara 500 dan 5.000 W/m²·K. H berkurang menjadi 10–100 W/m²·K di zona uap (udara, uap, atau uap asam). Suhu permukaan di zona uap pemanas dengan kerapatan watt seragam q (W/cm²) adalah T_vapor=T_ambient + q / h_vapor. T_vapor=80 + 30,000/30=1,080 derajat tidak mungkin untuk q=3 W/cm² (30,000 W/m²) dan h_vapor=30 W/m²·K. Temperatur selubung PFA masih dapat melebihi 250–350 derajat , yang dapat mengakibatkan pelelehan atau kerusakan serius, meskipun pemanas dapat mengatur dirinya sendiri seiring meningkatnya resistensi seiring dengan temperatur. Karena fluks panas zona uap aman kurang dari atau sama dengan 1,0 W/cm², q_vapor harus kurang dari atau sama dengan 10,000 W/m². q_vapor=q_liquid untuk pemanas seragam. Untuk memastikan bahwa area pembuangan panas efektif di zona uap cukup besar untuk menurunkan fluks sebenarnya, satu-satunya metode untuk menjaga keamanan zona uap adalah dengan membatasi fraksi pemanas yang terpapar. Namun, bagian yang terbuka tetap menghasilkan jumlah listrik yang sama per satuan panjang asalkan pemanasnya memiliki kerapatan watt yang seragam. Kenaikan suhu bergantung pada h_vapor yang tetap. Sebaliknya, pemanas yang lebih panjang dengan daya total yang sama dapat digunakan untuk mengurangi kepadatan watt (q) di seluruh pemanas. q=P / (π × D × L) untuk himpunan daya total P dan panjang L. Q berkurang secara proporsional dengan bertambahnya L.

Metode Penentuan Panjang Pemanas Minimum Misalkan:

L_min adalah level cairan terendah dalam milimeter.

L_heater adalah panjang keseluruhan pemanas (mm).

f_expose=L_expose / L_heater=persen terkena=(L_heater – L_min) / L_heater

q_design adalah kepadatan watt (W/cm²) yang ditentukan oleh luas permukaan dan daya total.

Fluks panas zona uap harus kurang dari atau sama dengan q_max_vapor=1.0 W/cm² agar zona uap aman berfungsi. Sebaliknya, zona uap mengalami q yang sama jika pemanasnya mempunyai q yang seragam. Akibatnya, pemanas harus dibuat dengan fraksi terbuka yang kecil atau q total yang rendah sehingga bagian yang terbuka pun aman. Strategi yang paling masuk akal adalah mengurangi f_expose menjadi Kurang dari atau sama dengan 0,25 dan mendesain dengan q keseluruhan yang rendah (Kurang dari atau sama dengan 1,5 W/cm²).

Sebagai aturan umum, L_heater < L_min / (1 – f_max), dengan f_max adalah pecahan maksimum yang diizinkan (biasanya antara 0,20 dan 0,25). L_heater Kurang dari atau sama dengan 500 / 0.75=667 mm untuk L_min=500 mm.

Panjang Pemanas yang Dibutuhkan untuk Situasi Tingkat Berbeda
Ketinggian Cairan Minimum (mm) Ketinggian Cairan Maksimum (mm) Panjang Pemanas yang Disarankan (mm) Ketinggian Minimum Fraksi Terkena (%)Total q (W/cm²) pada 6 kW, 25 mm OD Keamanan Zona Uap 500 2,000 650 23% 4,7 (terlalu tinggi)Tidak aman kecuali q dikurangi 500 2,000 1,200 58% 2,5 Tidak aman (terkena terlalu tinggi) 500 2,000 650 (hanya dengan 3 kW) 23% 2,35 Dapat diterima (q rendah) 800 2,000 1,000 20% 3,0 Marginal (q pada batas) 800 2,000 1,200 (dengan penurunan daya) 33% 2,0 (penurunan daya) Dapat diterima 1,000 3,000 1,250 20% 2,4 Baik
Beberapa pemanas terhuyung adalah jawabannya jika panjang pemanas yang diperlukan untuk cakupan lengkap pada tingkat maksimum jauh lebih panjang daripada panjang aman pada tingkat minimum. Misalnya, tempatkan pemanas sedang (1.200 mm) lebih tinggi, pemanas panjang (2.000 mm) di bagian atas, dan pemanas pendek (650 mm) di bagian bawah. Ketika levelnya rendah, hanya pemanas bawah yang berfungsi; kalau sudah penuh, semuanya berfungsi.

Contoh di Lapangan
The minimum liquid level in a waste evaporator was 600 mm, while the highest was 2,500 mm. There was only one 2,000 mm PFA heater installed. 1,400 mm (70%) was exposed to vapor at the lowest level. Within three months, the heater broke down. The plant replaced it with three heaters: 600 mm (1.5 kW), 1,200 mm (2 kW), and 2,000 mm (2.5 kW), each with level sensors. The 600 mm heater only turned on when level >650 mm. The 2,000 mm heater only turned on when level >1.800mm. Tidak ada pemanas yang pernah melihat paparan lebih dari 20%. Ketiga pemanas tersebut bertahan 5+ tahun.

Kepadatan Watt yang Tidak-Seragam sebagai Alternatif
Jika beberapa pemanas tidak dapat digunakan, tentukan satu pemanas dengan kepadatan watt yang tidak seragam: 30% bagian atas dari panjang pemanas hanya menyediakan 20% daya per satuan panjang, sedangkan 70% bagian bawah menghasilkan 80%. Hal ini dapat dilakukan dengan mengubah tinggi nada kawat resistansi (lihat Pasal #25). Area atas yang terbuka mengalami penurunan fluks panas pada tingkat minimal, sehingga menurunkan suhu permukaan. Meskipun desain ini meningkatkan biaya produksi sebesar 20–30%, desain ini memungkinkan satu pemanas menangani pengaturan yang berbeda.

Kesimpulannya, panjang pemanas dasar dengan tingkat cairan minimum 20–25% Tunjangan Paparan
Untuk menghindari panas berlebih pada zona uap, panjang pemanas PFA untuk tangki dengan level cairan yang berubah-ubah harus ditentukan dari level cairan minimum, bukan maksimum. Desain yang aman menjaga persentase paparan pada atau di bawah 20–25% pada tingkat minimal. Panjang pemanas maksimum adalah 650–670 mm pada tingkat minimum 500 mm. Gunakan pemanas dengan kepadatan watt yang tidak seragam atau beberapa pemanas bertahap jika pemanas yang lebih panjang diperlukan untuk keseragaman proses. Dalam beberapa bulan, satu pemanas panjang dengan fraksi terbuka tinggi akan rusak. Toleransi paparan pemanas tidak berubah seiring dengan perubahan level. Tambahkan redundansi atau sesuaikan ukurannya untuk skenario{12}}terburuk. Level terendah, bukan tertinggi, menentukan berapa lama pemanas Anda akan bertahan.