Kokia yra leistina titano panardinamojo šildytuvo paviršiaus temperatūros riba kaitinant degų tirpiklį, pavyzdžiui, tolueną (AIT 480 laipsnių)?

Leidžiama titano panardinamojo šildytuvo paviršiaus temperatūros riba degiame organiniame tirpiklyje, pvz., toluene (savaiminio užsidegimo temperatūra, AIT, 480 laipsnių), ksilene (AIT 465 laipsnis) arba heksane (AIT 225 laipsnis), procesų inžinieriams nėra tirpiklio AIT. Esant vietinėms karštoms vietoms, užsiteršusiems sluoksniams ir pereinamiesiems veiksniams, šildytuvo apvalkalo temperatūra turi išlikti daug žemesnė už AIT, paprastai 100–150 laipsnių. Branduolių virimo arba plėvelės virimo atsiradimą taip pat lemia skysčio virimo temperatūra ir šildytuvo tankis vatais, dėl kurių paviršiaus temperatūra yra daug aukštesnė nei skysčio temperatūra. Toluenui (bp{9}} laipsnis, AIT 480 laipsnių) aukščiausia rekomenduojama titano apvalkalo paviršiaus temperatūra yra 250–300 laipsnių, o 180–230 laipsnių žemiau AIT. Šis apribojimas yra nustatytas siekiant užtikrinti, kad net esant blogiausiam scenarijui (užteršimas, mažas skysčio lygis arba valdymo gedimas) paviršiaus temperatūra nepriartėtų prie savaiminio užsidegimo taško.

Degiojo tirpiklio kaitinimo temperatūros ribos išvedimas
Maksimali leistina titano šildytuvo paviršiaus temperatūra (T_max) degiajame tirpiklyje nustatoma pagal tris apribojimus: tirpiklio savaiminio užsidegimo temperatūrą (AIT), tirpiklio virimo temperatūrą (T_boil) ir šildytuvo kritinį šilumos srautą (CHF) branduoliniam virimui. Pagrindinis apribojimas yra AIT: Tmax Mažesnis arba lygus AIT - 150 laipsnis (minimali saugos riba). Toluenui (AIT 480 laipsnių) gaunama 330 laipsnių. Antrinis apribojimas yra branduolio virimo stabilumas; viršijus CHF, plėvelė užvirsta, o paviršiaus temperatūra be apribojimų didėja. Tolueno CHF yra maždaug 10–12 W/cm² ant titano paviršiaus. Paviršiaus perkaitimas (ΔT virš virimo temperatūros) esant 8–10 W/cm2 yra ~30–50 laipsnių, apvalkalo temperatūra 140–160 laipsnių. Tai yra išskirtinai saugi AIT saugumo riba šiame lygyje, 320-340C. Bet jei užsiteršimas padidina paviršiaus atsparumą arba jei skysčio lygis sumažėja ir šildytuvas yra veikiamas garų, apvalkalo temperatūra gali greitai augti.

Realus viršutinis 250–300 laipsnių diapazonas yra kompromisas, leidžiantis pereinamąsias išvykas be momentinio savaiminio užsidegimo, tačiau pripažįstama, kad ilgesnį laiką dirbant virš 300 laipsnių, gali paspartėti titano oksidacija ir pablogėti tirpiklio veikimas.

Saugos maržos kiekybinis įvertinimas skirtingomis eksploatavimo sąlygomis
Tirpiklio virimo temperatūra [ laipsnis ] AIT [ laipsnis ] Rekomenduojama T_max [ laipsnis ] Saugos riba iki AIT ribinio koeficiento
Toluenas 110 480 250–300 180–230 laipsnių savaiminis užsidegimas + Ti oksidacija
Ksilenas 140 465 250–280 185–215 laipsnių savaiminis užsidegimas
Heksanas 69 225 150–170 55–75 laipsnių savaiminis užsidegimas (AIT yra riba)
Acetonas 56 465 200-250 215-265 laipsnis savaiminio užsidegimo (AIT aukštas)
Etanolis 78 365 200–230 135–165 laipsnių savaiminis užsidegimas
Metanolis 65 464 200–250 214–264 laipsniai Savaiminio užsidegimo temperatūra
Dichlormetanas 40 556 (ne-degus) 200–250 N/A Titano korozijos riba (nedegumas)
Mažiems -AIT tirpikliams, tokiems kaip heksanas (225 laipsniai), leistina paviršiaus temperatūra turi būti sumažinta iki 150–170 laipsnių. Tačiau jei šildytuvas nėra visiškai panardintas, veikiant 170 laipsnių kampu heksane, gali atsirasti vietinių karštų taškų, kurie pasiekia AIT.

Scenarijus{0}}Pagrįstas degių tirpiklių šildytuvo specifikacijų vadovas
Tirpiklis ir eksploatavimo sąlygos Rekomenduojamas maksimalus vatų tankis (W/cm2) AIT saugos riba Numatoma apvalkalo temperatūra Ypatingi reikalavimai
Toluenas, pilnas panardinimas, priverstinė cirkuliacija 10–12 140–160 laipsnių 320–340 laipsnių Tinka standartinis titano šildytuvas. Jokių specialių valdiklių nereikia.
Toluenas, mažas srautas arba jo nėra6–8 130–150 laipsnių 330–350 laipsnių Mažesnis vatų tankis, kad būtų išvengta karštų dėmių.
Tolueno, žemo skysčio lygio pavojus 5-6 (su lygio blokavimu) 120–140 laipsnių (įprastai) 340–360 laipsnių Žemo lygio ribinis lygis, būtinas norint išvengti garų poveikio. Titanas tolueno garuose esant 250 laipsnių + yra gaisro pavojus.
Heksanas, visiškai panardintas, bet koks srautas 4-5 110-130 laipsnis 95–115 laipsniai Reikalingas mažesnis vatų tankis. Naudokite 150 laipsnių temperatūros ribotuvą.
Heksanas, keičiamas lygis Nerekomenduojama - - Nėra elektrinio panardinimo. Šildymas garais arba karštu vandeniu.
Mišrus tirpiklis (nežinoma sudėtis) 5 (konservatyvus) 120–140 laipsnių Priklauso nuo žemiausio AIT komponento. Tarkime, kad saugos ribos yra blogiausias scenarijus (mažiausias AIT).
Degiųjų tirpiklių kaitinimas Inžinerinės kontrolės priemonės
Kaitinant degų tirpiklį titano panardinamuoju šildytuvu, reikia trijų inžinerinių valdymo priemonių. Pirma, žemo -skysčio- lygio blokatorius automatiškai išjungia šildytuvą, jei skysčio lygis nukrenta žemiau šildomos dalies viršaus. Poveikis tolueno garams (ne skystiems) esant 250 laipsnių šildytuvui pašalina virimo aušinimo efektą, o apvalkalo temperatūra pakyla iki elemento temperatūros (galbūt 400–600 laipsnių) virš tolueno AIT (480 laipsnių). Antra, paviršiaus temperatūros ribotuvas (prie apvalkalo pritvirtinta termopora arba į šildytuvą įmontuotas atsparumo temperatūros jutiklis) turėtų išjungti šildytuvą, jei apvalkalo temperatūra viršija 250 laipsnių toluenui (arba 150 laipsnių heksanui). Trečia, vatų tankis turėtų būti sumažintas iki 50–70 % būtino šilumos srauto, kad būtų palaikomas pastovus branduolių virimas. Daugumai degių tirpiklių tai reiškia 4–8 W/cm2, daug mažesnį nei 10–15 W/cm2, paprastai naudojamą vandens šildymui.

Išvada: leistina paviršiaus temperatūra=AIT - 150 laipsnis (minimalus)
Titano panardinamojo šildytuvo, kaitinančio degųjį tirpiklį, pvz., tolueną (AIT 480 laipsnių), maksimali leistina paviršiaus temperatūra yra 250–300 laipsnių, todėl saugos riba yra bent 180 laipsnių žemiau savaiminio užsidegimo taško. Šis apribojimas pagrįstas būtinybe susidoroti su izoliuotomis karštosiomis vietomis, užteršimo sluoksniais ir trumpalaikiais temperatūros pokyčiais nepriartėjus prie AIT. Realus maksimalus tolueno vatų tankis yra 8-12 W/cm2, o korpuso temperatūra įprastu panardinimu yra 140-160 laipsnių. Mažiems AIT tirpikliams, tokiems kaip heksanas (AIT 225 laipsnis), priimtina paviršiaus temperatūra sumažinama iki 150–170 laipsnių, todėl reikalingas 4–5 W/cm² vatų tankis. Svarbiausi inžineriniai valdikliai apima žemo skysčių lygio blokatorius, apvalkalo temperatūros ribotuvus ir konservatyvų vatų tankio pasirinkimą. Nurodant titano šildytuvą bet kokiai degių tirpiklių paslaugai, tiekėjui nurodant AIT, virimo temperatūrą ir numatomas tirpiklio srauto sąlygas galima nustatyti tinkamus vatų tankio ir temperatūros ribotuvo nustatymus, kad būtų užtikrintas saugus veikimas.