Mikä on titaani-uppolämmittimen sallittu pintalämpötilan raja, kun lämmitetään syttyvää liuotinta, kuten tolueenia (AIT 480 astetta)?

Titaaninen uppolämmittimen pintalämpötilan sallittu raja syttyvässä orgaanisessa liuottimessa, kuten tolueenissa (itsesyttymislämpötila, AIT, 480 astetta), ksyleenissä (AIT 465 astetta) tai heksaanissa (AIT 225 astetta), ei ole prosessiinsinöörin liuottimen AIT. Paikallisissa kuumissa pisteissä, likaantumiskerroksissa ja transienteissa lämmittimen vaipan lämpötilan on pysyttävä paljon AIT:n alapuolella, tyypillisesti 100–150 astetta. Ydinkiehumisen tai kalvon kiehumisen määrää myös nesteen kiehumispiste ja lämmittimen wattitiheys, joka aiheuttaa paljon nesteen lämpötilaa korkeampia pintalämpötiloja. Tolueenin (bp{9}} astetta, AIT 480 astetta) korkein suositeltu pintalämpötila titaanivaipalle on 250-300 astetta, marginaali 180-230 astetta AIT:n alapuolella. Tämä rajoitus on asetettu sen varmistamiseksi, että edes pahimmissa skenaarioissa (likaantuminen, alhainen nestetaso tai ohjausvika) pinnan lämpötila ei lähesty itsesyttymispistettä.

Lämpötilarajan johtaminen palavan liuottimen lämmittämiselle
Titaanilämmittimen suurin sallittu pintalämpötila (T_max) syttyvässä liuottimessa määräytyy kolmella rajoituksella: liuottimen itsesyttymislämpötila (AIT), liuottimen kiehumispiste (T_boil) ja lämmittimen kriittinen lämpövirta (CHF) ytimien kiehumista varten. Päärajoitus on AIT: Tmax Pienempi tai yhtä suuri kuin AIT - 150 aste (vähimmäisturvamarginaali). Tolueenille (AIT 480 astetta) tämä tuottaa 330 astetta. Toissijainen rajoitus on ytimen kiehumisen stabiilisuus; jos CHF ylittyy, tapahtuu kalvon kiehumista, jolloin pintalämpötila nousee rajoituksetta. Tolueenin CHF on luokkaa 10–12 W/cm² titaanipinnalla. Pinnan tulistus (ΔT kiehumispisteen yläpuolella) arvolla 8–10 W/cm2 on ~30–50 astetta, vaipan lämpötilan ollessa 140–160 astetta. Tämä on poikkeuksellisen turvallinen turvamarginaali AIT:lle tällä tasolla, 320-340C. Mutta jos likaantuminen nostaa pintavastusta tai jos nestetaso laskee ja lämmitin altistuu höyrylle, vaipan lämpötila voi nousta nopeasti.

Realistinen ylempi alue 250–300 astetta on kompromissi, joka mahdollistaa tilapäiset retket ilman välitöntä itsesyttymistä, mutta tunnustaa, että yli 300 asteen käyttö pitkiä aikoja voi kiihdyttää titaanin hapettumista ja heikentää liuotinta.

Turvamarginaalin määrittäminen erilaisille käyttöolosuhteille
Liuottimen kiehumispiste [ aste ] AIT [ aste ] Suositeltu T_max [ aste ] Turvamarginaali AIT rajoituskertoimeen
Tolueeni 110 480 250–300 180–230 asteen itsesyttyminen + Ti:n hapetus
Ksyleeni 140 465 250–280 185–215 asteen itsesytytys
Heksaani 69 225 150–170 55–75 asteen itsesytytys (AIT on rajana)
Asetoni 56 465 200-250 215-265 asteen itsesyttymisaste (AIT korkea)
Etanoli 78 365 200–230 135–165 asteen itsesytytys
Metanoli 65 464 200–250 214–264 astetta Itsesyttymislämpötila
Dikloorimetaani 40 556 (ei-syttyvä) 200-250 N/A Titaanin korroosioraja (ei syttyvyys)
Matala-AIT-liuottimille, kuten heksaanille (225 astetta), sallittu pintalämpötila on laskettava 150–170 asteeseen. Jos lämmitintä ei kuitenkaan ole upotettu kokonaan, 170 asteen käyttö heksaanissa voi tuottaa paikallisia kuumia kohtia, jotka saavuttavat AIT:n.

Skenaarioon{0}} perustuva opas syttyvien liuottimien lämmittimen määrittelyyn
Liuotin- ja käyttöolosuhteet Suositeltu maksimi wattitiheys (W/cm2) Turvamarginaali AIT:lle Odotettu vaipan lämpötila Erityisvaatimukset
Tolueeni, täysin upotettu, pakkokierto 10–12 140–160 astetta 320–340 astetta Tavallinen titaanilämmitin sopiva. Mitään erityisiä ohjaimia ei tarvita.
Tolueeni, alhainen virtaus tai ei virtausta6–8 130–150 astetta 330–350 astetta Pienempi wattitiheys, jotta vältetään kuumia kohtia.
Tolueeni, matalan nestetason vaara 5-6 (tason lukituksella) 120-140 astetta (tyypillinen) 340-360 astetta Matalan tason raja on välttämätön höyrylle altistumisen estämiseksi. Titaani tolueenihöyryssä 250 + asteessa on palovaara.
Heksaani, täysin upotettu, mikä tahansa virtaus 4-5 110-130 aste 95-115 astetta Pienempi wattitiheys vaaditaan. Käytä lämpötilanrajoitinta 150 asteessa.
Heksaani, vaihdettava taso Ei suositella - - Ei sähköupotusta. Höyry- tai kuumavesilämmitys.
Sekoitettu liuotin (koostumukseltaan tuntematon) 5 (konservatiivinen) 120-140 astetta Riippuu alimmasta AIT-komponentista. Oletetaan pahin skenaario (pienin AIT) turvamarginaaliksi.
Syttyvien liuottimien lämmitys Tekniset säädöt
Kolme teknistä ohjausta tarvitaan kuumennettaessa syttyvää liuotinta titaanisupistuslämmittimellä. Ensinnäkin alhaisen-nesteen-tason lukitus sammuttaa lämmittimen automaattisesti, jos nesteen taso laskee lämmitettävän osan yläosan alapuolelle. Altistuminen tolueenihöyrylle (ei nestemäiselle) 250 asteen lämmittimessä poistaa kiehuvan jäähdytysvaikutuksen ja vaipan lämpötila nousee elementin lämpötilaan (ehkä 400–600 astetta) tolueenin AIT:n (480 astetta) yläpuolelle. Toiseksi pintalämpötilan rajoittimen (joko vaippaan kiinnitetty lämpöpari tai lämmittimeen sisällytetty resistanssilämpötila-anturi) pitäisi laukaista lämmitin, jos vaipan lämpötila ylittää 250 astetta tolueenille (tai 150 astetta heksaanille). Kolmanneksi wattitiheys on vähennettävä 50–70 prosenttiin tarvittavasta lämpövirrasta, jotta ytimien kiehuminen pysyy tasaisena. Useimmille syttyville liuottimille tämä tarkoittaa 4-8 W/cm2, paljon pienempi kuin veden lämmitykseen yleisesti käytetty 10-15 W/cm2.

Päätelmä: Sallittu pintalämpötila=AIT - 150 aste (minimi)
Titaaninen uppolämmitin, joka lämmittää syttyvää liuotinta, kuten tolueenia (AIT 480 astetta), suurin sallittu pintalämpötila on 250-300 astetta, jolloin turvamarginaali on vähintään 180 astetta itsesyttymispisteen alapuolella. Tämä rajoitus perustuu tarpeeseen selviytyä yksittäisistä kuumista pisteistä, likaantumiskerroksista ja ohimenevistä lämpötilapoikkeamista joutumatta lähelle AIT:tä. Tolueenin realistinen maksimi wattitiheys on 8-12 W/cm2, jolloin vaipan lämpötila on 140-160 astetta tavallisessa upotetussa käytössä. Matalalle AIT-liuottimille, kuten heksaanille (AIT 225 astetta), hyväksyttävä pintalämpötila lasketaan 150–170 asteeseen, mikä vaatii 4–5 W/cm² wattitiheyden. Kriittisiä teknisiä ohjaimia ovat matalan nestetason lukitukset, vaipan lämpötilan rajoittimet ja konservatiivinen wattitiheyden valinta. Kun määritetään titaanilämmitin mihin tahansa palavaan liuottimeen, toimittajalle AIT:n ilmoittaminen, liuottimen kiehumispiste ja odotetut virtausolosuhteet mahdollistavat oikeanlaisten wattitiheyden ja lämpötilanrajoittimen asetusten asettamisen turvallisen toiminnan varmistamiseksi.