Koja je dozvoljena granica temperature površine za grijač za uranjanje titanijuma pri zagrijavanju zapaljivog rastvarača poput toluena (AIT 480 stepeni)?

Dozvoljena granica za površinsku temperaturu na titanijumskom uranjajućem grejaču u zapaljivom organskom rastvaraču kao što je toluen (temperatura samozapaljenja, AIT, 480 stepeni), ksilen (AIT 465 stepeni) ili heksan (AIT 225 stepeni) nije AIT rastvarača za inženjera procesa. Za lokalizovane vruće tačke, slojeve zagađivanja i prolazne pojave, temperatura omotača grejača mora ostati mnogo ispod AIT, obično 100-150 stepeni. Pojava nukleatnog ključanja ili ključanja filma također je određena tačkom ključanja fluida i gustinom grijača u vatima, pri čemu potonja uzrokuje površinske temperature mnogo veće od temperature fluida. Za toluen (bp. 110 stepen, AIT 480 stepeni) najviša preporučena temperatura površine za titanijumski omotač je 250-300 stepeni, margina od 180-230 stepeni ispod AIT. Ovo ograničenje je nametnuto kako bi se osiguralo da se čak iu najgorim scenarijima (prljanje, nizak nivo tekućine ili neuspjeh kontrole) temperatura površine neće približiti tački samozapaljenja.

Izvođenje temperaturne granice za zagrijavanje zapaljivog rastvarača
Maksimalna dozvoljena površinska temperatura (T_max) titanijumskog grijača u zapaljivom otapalu određena je sa tri ograničenja: temperaturom samozapaljenja (AIT) rastvarača, tačkom ključanja (T_boil) rastvarača i kritičnim toplotnim fluksom (CHF) grijača za ključanje jezgri. Glavno ograničenje je AIT: Tmax Manji ili jednak stepenu AIT - 150 (minimalna sigurnosna margina). Za toluen (AIT 480 stepeni) ovo daje 330 stepeni. Sekundarno ograničenje je stabilnost ključanja nukleata; ako je CHF prekoračen, dolazi do ključanja filma, pri čemu se temperatura površine neograničeno povećava. Za toluen, CHF je reda veličine 10-12 W/cm² na površini titanijuma. Površinsko pregrijavanje (ΔT iznad tačke ključanja) na 8-10 W/cm2 je ~30-50 stepeni, sa temperaturom omotača od 140 do 160 stepeni. Ovo je izuzetno sigurna margina sigurnosti za AIT na ovom nivou, 320-340C. Ali ako zaprljanje podiže površinski otpor ili ako se nivo tekućine spusti i grijač je izložen pari, temperatura omotača može brzo rasti.

Realan gornji opseg od 250-300 stepeni je kompromis koji dozvoljava prolazne izlete bez trenutnog samozapaljenja, ali priznaje da rad na preko 300 stepeni tokom dužeg perioda može ubrzati oksidaciju titana i može pogoršati otapalo.

Kvantificiranje sigurnosne margine za različite radne uvjete
Tačka ključanja rastvarača [ stepen ] AIT [ stepen ] Preporučeni T_max [ stepen ] Sigurnosna granica za AIT ograničavajući faktor
Toluen 110 480 250–300 180–230 stepeni Samozapaljenje + oksidacija Ti
Ksilen 140 465 250–280 185–215 stepeni samopaljenje
Heksan 69 225 150–170 55–75 stepeni samopaljenja (AIT je granica)
Aceton 56 465 200-250 215-265 stepen samopaljenja (AIT visoka)
Etanol 78 365 200–230 135–165 stepeni samopaljenje
Metanol 65 464 200–250 214–264 stepena Temperatura automatskog paljenja
Diklorometan 40 556 (nije-zapaljiv) 200-250 N/A granica korozije titana (nije zapaljivost)
Za niske-AIT rastvarače kao što je heksan (225 stepeni), dozvoljena temperatura površine mora biti smanjena na 150–170 stepeni. Međutim, ako grijač nije potpuno uronjen, rad na 170 stupnjeva u heksanu može proizvesti lokalizirane vruće točke koje dopiru do AIT-a.

Vodič za specifikaciju grijača u zapaljivim rastvaračima zasnovan na scenariju-
Rastvarač i radni uslovi Preporučena maksimalna gustoća vata (W/cm2)Sigurnosna granica za AIT Očekivana temperatura omotača Posebni zahtjevi
Toluen, potpuno uranjanje, prisilna cirkulacija 10–12 140–160 stepeni 320–340 stepeni Standardni grejač od titanijuma pogodan. Nisu potrebne posebne kontrole.
Toluen, mali protok ili bez protoka6–8 130–150 stepeni 330–350 stepeni Niža gustina u vatima da bi se izbegle vruće zakrpe.
Toluen, opasnost od niskog nivoa tečnosti 5-6 (sa blokadom nivoa) 120-140 stepeni (tipično) 340-360 stepeni Prekid niskog nivoa neophodan za sprečavanje izlaganja pari. Titanijum u parama toluena na 250 stepeni + predstavlja opasnost od požara.
Heksan, potpuno uronjen, bilo koji protok 4-5 110-130 stepeni 95-115 stepeni Potrebna niža gustina u vatima. Koristite graničnik temperature na 150 stepeni.
Heksan, promjenjivi nivo Ne preporučuje se - - Bez električnog potapanja. Grijanje na paru ili toplu vodu.
Mešani rastvarač (nepoznati sastav) 5 (konzervativno) 120-140 stepeni Zavisi od najniže komponente AIT Pretpostavimo najgori scenario (najniži AIT) za sigurnosnu granicu.
Zagrijavanje zapaljivog rastvarača Inženjerske kontrole
Prilikom zagrijavanja zapaljivog rastvarača pomoću titanijumskog uranjajućeg grijača potrebne su tri inženjerske kontrole. Prvo, blokada niskog nivoa-tečnosti{2}} će automatski isključiti grijač ako nivo tečnosti padne ispod vrha grijanog dijela. Izlaganje pari toluena (ne tečnosti) na grejaču od 250 stepeni uklanja efekat hlađenja ključanja i temperatura omotača raste na temperaturu elementa (možda 400-600 stepeni) iznad AIT toluena (480 stepeni). Drugo, graničnik površinske temperature (bilo termoelement pričvršćen za omotač ili otporni temperaturni detektor ugrađen u grijač) bi trebao isključiti grijač ako temperatura omotača prelazi 250 stupnjeva za toluen (ili 150 stupnjeva za heksan). Treće, gustoću u vatima treba smanjiti na 50 – 70% potrebnog toplotnog toka da bi se održalo stabilno ključanje jezgra. Za većinu zapaljivih rastvarača to znači 4-8 W/cm2, daleko niže od 10-15 W/cm2 koji se općenito koriste za grijanje vode.

Zaključak: Dozvoljena temperatura površine=AIT - 150 stepen (minimum)
Za grejač od titanijuma koji zagreva zapaljivi rastvarač kao što je toluen (AIT 480 stepeni), maksimalna dozvoljena temperatura površine je 250-300 stepeni, što daje sigurnosnu marginu od najmanje 180 stepeni ispod tačke samozapaljenja. Ovo ograničenje je zasnovano na potrebi da se nosite sa izolovanim vrućim tačkama, slojevima zagađivanja i prolaznim promenama temperature bez približavanja AIT-u. Realna maksimalna gustina toluena je 8-12 W/cm2, što daje temperaturu omotača od 140-160 stepeni u redovnom potopljenom radu. Za rastvarače sa niskim AIT-om, kao što je heksan (AIT 225 stepeni), prihvatljiva temperatura površine je smanjena na 150-170 stepeni, što zahteva gustoću u vatima od 4-5 W/cm². Kritične inženjerske kontrole uključuju blokade na niskom nivou tečnosti, limitatore temperature omotača i konzervativni odabir gustoće u vatima. Kada specificirate grijač od titanijuma za bilo koju uslugu zapaljivih rastvarača, davanje dobavljaču sa AIT, tačkom ključanja i očekivanim uslovima protoka rastvarača omogućava ispravna podešavanja gustine u vatima i temperaturnih ograničenja da bi se osigurao siguran rad.