Вибір ТЕНів для рідин

Після визначення необхідної потужності нагрівання можна перейти до вибору нагрівального елемента. Основними критеріями при виборі типу нагрівача є:

Максимальна температура оболонки

Температура оболонки електричного елемента повинна бути обмежена, щоб уникнути пошкодження нагрівача та забезпечення тривалого терміну служби. Максимальна температура оболонки нагрівального елемента значною мірою визначається кінцевою робочою температурою процесу. В установках з прямим зануренням температура оболонки буде наближатися до температури середовища, що нагрівається. В установках з притискним, повітряним та газовим нагріванням робочу температуру оболонки можна оцінити за допомогою емпіричних діаграм та графіків.

Матеріал оболонки

Матеріал оболонки обирається, виходячи з максимально допустимої температури оболонки, матеріалу, що нагрівається, і необхідної корозійної стійкості. Мідні елементи оболонки зазвичай використовуються для нагрівання води за низької температури і прямого занурення. Вуглецева сталь - для нагрівання олій із прямим зануренням. Нержавіюча сталь використовується для агресивних розчинів, високотемпературного газового або повітряного нагріву та патронних нагрівачів. Оболонка з титану застосовується в ТЕНах для гальваніки.

Максимальна рекомендована УПМ

Деякі речовини, такі як вода, рослинні олії та сольові ванни, можуть витримувати відносно високу УПМ. Інші середовища, такі як мінеральні олії чи цукрові сиропи, вимагають нижчої УПМ. Вони мають високу в'язкість та погану теплопровідність. Якщо для нагрівання таких речовин використовувати ТЕНи з високою УПМ, вони можуть обуглитися або перегрітися, що призведе до пошкодження нагрівального обладнання або пошкодження матеріалу, що нагрівається.

 

Грунтуючись на перерахованих вище критеріях, можна обрати найкращий тип нагрівача для конкретного технологічного процесу. Наприклад, вода може бути нагріта прямим зануренням, циркуляційним нагрівачем, прикріпленими до стінок резервуару трубчастими або плоскими нагрівачами. Остаточний вибір типу нагрівача пов'язаний з технологічними міркуваннями, зовнішнім виглядом, доступним простором як усередині, так і зовні, економічністю, зручністю обслуговування тощо.

Нагрів рідини в резервуарі можна здійснювати нагрівачами прямого занурення або притискними нагрівачами залежно від характеру середовища, що нагрівається.

З точки зору ефективності, перевагу мають занурювальні нагрівачі. Однак пряме занурення нагрівача в середовище, що нагрівається не завжди можна практично здійснити. У таких випадках нагрівання здійснюється нагрівачами, прикріпленими до зовнішньої стінки резервуара з рідиною, так званими притискними нагрівачами. Тепло від нагрівача передається стінці і від неї в речовину, що нагрівається.

  

Притискні нагрівачі.

Обмежуючим фактором застосування притискного нагрівача є робоча температура оболонки нагрівача. Необхідний аналіз максимальної очікуваної температури оболонки на основі розрахункової температури навколишнього середовища і температури матеріалу, що нагрівається. Графік надає метод оцінки допустимої УПМ для трубчастих нагрівачів для різних температур середовища.





Максимальна температура оболонки

Крива 3 – 650 0С.

Крива  2 – 550 0С

Крива 1 - 450 0С 



Приклад.

Для нагрівання матеріалу в сталевому резервуарі від 21°С до 430°С потрібно 12 кВт. Нагрів здійснюється трубчастими електричними елементами, закріпленими на стінці резервуару.

Оскільки матеріал нагрівається до Тр=430°С, необхідно використовувати оболонку із нержавіючої сталі з максимальною температурою на поверхні Тоб=650°С.


Середня температура

Тср=(Тоб+Тр)/2=(650+430)/2=540 °С


За графіком (крива 3) знаходимо допустиму УПМ, що відповідає температурі 540 °С. Вона складає Pпитома =1.12 Вт / см2.

Виходячи з розміру контейнера, вибираються ТЕНи діаметром d=13 мм довжиною L=800 мм. Довжина активної частини становить Lа=720мм.

Допустима потужність ТЕНа складає

P= π* d*Lа* Pуд = π* 1.3*72 х 1.12 = 330 Вт.

Загальна кількість необхідних нагрівальних елементів 12 000 Вт ÷ 330 Вт = 36 елементів.


Отже, слід обрати ТЕНи діаметром 13 мм, довжиною 800 мм з оболонкою з нержавіючої сталі потужністю 330 Вт.


Занурювальні нагрівачі

 

У таблиці представлені рекомендовані значення УПМ занурювальних нагрівачів для рідких середовищ. Збільшений термін служби нагрівача буде отриманий за умови використання найменшої УПМ, практично для будь-якого конкретного застосування.