ایک کیمیکل ٹینک میں مائع کا ایک ہی حجم ہوسکتا ہے لیکن ایک پروڈکشن بیچ سے دوسرے میں بہت مختلف برتاؤ کرتا ہے۔ کیمیائی ارتکاز میں تبدیلی مائع کثافت، viscosity، گرمی کی صلاحیت، اور گردش کو تبدیل کر سکتی ہے۔ یہ تبدیلیاں براہ راست متاثر کرتی ہیں کہ کس طرح aPTFE وسرجن ہیٹرغسل میں گرمی منتقل کرتا ہے.
حرارتی آلات کو سائز دینے والے انجینئرز کے لیے، اس لیے مائع کی کثافت کو الگ تھلگ تصریح کے طور پر استعمال کرنے کے بجائے ارتکاز اور تھرمل خصوصیات کے ساتھ مل کر سمجھا جانا چاہیے۔
کثافت اصل ماس کو گرم ہونے سے بدلتی ہے۔
ٹینک کی صلاحیت عام طور پر لیٹر یا کیوبک میٹر میں ظاہر کی جاتی ہے، جبکہ حرارتی حسابات کا انحصار بڑے پیمانے پر ہوتا ہے۔
بنیادی تعلق یہ ہے:
m = ρV
کہاںmمائع ماس ہے،ρکثافت ہے، اورVمائع حجم ہے.
مثال کے طور پر، ایک 1,000 L کا ٹینک جس میں 1.20 kg/L کی کثافت کا محلول ہوتا ہے اس میں تقریباً 1,200 کلو مائع ہوتا ہے۔
اگر ایک ہی ٹینک میں 1.00 کلوگرام/L کا کم-کثافت حل ہوتا ہے، تو مائع کا حجم صرف 1,000 کلوگرام ہوتا ہے۔
یہ فرق نہانے کے درجہ حرارت کو بڑھانے کے لیے درکار توانائی کی مقدار کو متاثر کرتا ہے۔
سمجھدار حرارتی نظام کے لیے:
Q=mcΔT
لہذا، ایک ہی ٹینک کے حجم پر قابض دو مائعات کو مختلف حرارتی توانائی کی ضرورت پڑ سکتی ہے جب ان کی کثافت اور مخصوص حرارت کی صلاحیتیں مختلف ہوں۔
تنہا کثافت حرارت کی منتقلی کا تعین نہیں کرتی ہے۔
انجینئرنگ کی ایک عام غلط فہمی یہ فرض کر رہی ہے کہ زیادہ کثافت کا مطلب خود بخود غریب یا بہتر حرارت کی منتقلی ہے۔
کثافت سیال-پراپرٹی تصویر کا صرف ایک حصہ ہے۔
PTFE وسرجن ہیٹر کے ارد گرد حرارت کی منتقلی viscosity، مخصوص حرارت کی صلاحیت، تھرمل چالکتا، مائع کی رفتار، ہیٹر جیومیٹری، اور درجہ حرارت کے فرق سے بھی متاثر ہوتی ہے۔
ایک آسان رشتہ ہے:
Q=hAΔT
یہاں،hمؤثر حرارت کی نمائندگی کرتا ہے-منتقلی قابلیت اورAفعال حرارتی علاقے کی نمائندگی کرتا ہے۔
کثافت سیال رویے کو متاثر کر سکتی ہے، لیکن یہ براہ راست اس کی قدر فراہم نہیں کرتی ہے۔h. سیال کی نقل و حرکت اور viscosity یکساں طور پر اہم ہوسکتی ہے۔
مرتکز حل ایک ساتھ کئی خصوصیات کو تبدیل کر سکتے ہیں۔
بہت سے کیمیائی عملوں میں، تحلیل شدہ کیمیائی ارتکاز بڑھنے کے ساتھ ہی کثافت بڑھ جاتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، viscosity اور مخصوص گرمی کی صلاحیت تبدیل ہو سکتی ہے.
یہ ایک مشترکہ ڈیزائن اثر پیدا کرتا ہے۔
ایک مرتکز محلول میں فی یونٹ والیوم زیادہ ماس ہو سکتا ہے، جس سے سمجھدار-ہیٹنگ بوجھ بڑھتا ہے۔ اگر viscosity میں بھی اضافہ ہوتا ہے تو، ہیٹر کے ارد گرد گردش کم مؤثر ہو سکتی ہے.
نتیجہ ایک ایسا عمل ہو سکتا ہے جہاں کیمیائی ارتکاز میں تبدیلی کے بعد وہی برائے نام ہیٹر پاور مختلف درجہ حرارت کا ردعمل پیدا کرتی ہے۔
اس وجہ سے، صرف ٹینک کے حجم پر مبنی حرارتی حسابات مرتکز کیمیائی حل کے لیے غلط ہو سکتے ہیں۔
ہیٹر کی سطح کا علاقہ اب بھی کیوں اہم ہے۔
فرض کریں کہ ایک عمل کے لیے 12 کلو واٹ ہیٹنگ پاور کی ضرورت ہوتی ہے۔
ایک چھوٹا سا ایکٹیو ایریا والا کمپیکٹ ہیٹر اور بڑے ایکٹیو ایریا والا لمبا ہیٹر دونوں 12 کلو واٹ بجلی فراہم کر سکتے ہیں۔ تاہم، ان کی اوسط سطح کی گرمی کا بہاؤ مختلف ہوگا۔
آسان حساب یہ ہے:
q = P/A
کہاںqاوسط گرمی کا بہاؤ ہے.
دو مثالی کنفیگریشنز پر غور کریں:
| ہیٹر کا انتظام | طاقت | فعال حرارتی علاقہ | گرمی کا اوسط بہاؤ |
|---|---|---|---|
| کمپیکٹ کنفیگریشن | 12 کلو واٹ | 0.60 m² | 20 kW/m² |
| تقسیم شدہ ترتیب | 12 کلو واٹ | 1.20 m² | 10 kW/m² |
یہ اقدار مثالی ہیں اور یونیورسل PTFE آپریٹنگ حدود کی نمائندگی نہیں کرتی ہیں۔
تقسیم شدہ انتظام کم اوسط سطح کی حرارت کا بہاؤ فراہم کر سکتا ہے، لیکن اصل کارکردگی اب بھی گردش، تنصیب جیومیٹری، غسل کیمسٹری، اور ہیٹر کی تعمیر پر منحصر ہے۔
مائع کی نقل و حرکت محدود کرنے والا عنصر بن سکتی ہے۔
جب ایک گھنے یا چپچپا کیمیائی محلول آہستہ آہستہ حرکت کرتا ہے تو ہیٹر کی سطح کے ارد گرد گرمی اس کے ارد گرد کے حمام میں منتقل ہونے سے زیادہ تیزی سے جمع ہو سکتی ہے۔
یہ فوری طور پر ہیٹر کے ارد گرد موجود مائع اور بلک محلول کے درمیان مقامی درجہ حرارت کا فرق پیدا کر سکتا ہے۔
ٹینک کا درجہ حرارت سینسر اب بھی مطلوبہ اوسط درجہ حرارت کی اطلاع دے سکتا ہے جب کہ ہیٹر کی سطح کافی مختلف حالات کا تجربہ کرتی ہے۔
اس لیے مکینیکل ایجی ٹیشن، پمپ کی گردش، ہیٹر کی جگہ، اور تنصیب کے مقام کا ایک ساتھ جائزہ لینا چاہیے۔
بڑے کیمیائی ٹینکوں کے لیے، ہیٹنگ زون کی تقسیم ایک علاقے میں تھرمل بوجھ کو مرکوز کرنے سے بچنے میں بھی مدد کر سکتی ہے۔
کثافت کو حرارتی-وقت کے حساب کتاب میں شامل کیا جانا چاہیے۔
ایک مثالی 1,500 L کیمیائی محلول پر غور کریں جس کی کثافت 1.15 kg/L ہے۔ تخمینی مائع ماس ہے:
m=1.15 × 1,500=1,725 kg
اگر مخصوص حرارت کی گنجائش 3.2 kJ/(kg·K) فرض کی جائے اور درجہ حرارت میں مطلوبہ اضافہ 30 ڈگری ہے:
Q=1,725 × 3.2 × 30=165,600 kJ
یہ تقریباً 46 kWh سمجھدار حرارتی توانائی کے برابر ہے۔
ایک 20 کلو واٹ ہیٹر کو نظریاتی طور پر مثالی حالات میں تقریباً 2.3 گھنٹے درکار ہوتے ہیں۔ اصل حرارتی وقت زیادہ ہو گا کیونکہ ٹینک کی دیواریں، پائپنگ، ورک پیس، بخارات، اور ماحولیاتی گرمی کے نقصانات بھی توانائی استعمال کرتے ہیں۔
حساب سے پتہ چلتا ہے کہ حرارتی صلاحیت کا تخمینہ لگاتے وقت کثافت اور مخصوص حرارت کی گنجائش کو کیوں شامل کیا جانا چاہیے۔
ہیٹر کے انتخاب کے لیے کیا ڈیٹا فراہم کیا جانا چاہیے؟
ایک کیمیائی عمل کے لیے aPTFE وسرجن ہیٹر، مفید سیال معلومات میں شامل ہیں:
مائع کثافت یا مخصوص کشش ثقل
کیمیائی ارتکاز
مخصوص حرارت کی گنجائش
viscosity
دستیاب ہونے پر تھرمل چالکتا
آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد
مطلوبہ حرارتی شرح
گردش یا تحریک کا طریقہ
عام اور کم سے کم مائع کی سطح
ٹینک کے طول و عرض
اس لیے کثافت کو وسیع تر تھرمل-پراپرٹی پروفائل کے ایک حصے کے طور پر بہترین سمجھا جاتا ہے۔
جب کیمیائی ارتکاز کے ساتھ کثافت نمایاں طور پر تبدیل ہوتی ہے، تو ہیٹر کے سائز کو کسی ایک برائے نام حالت کے بجائے اصل آپریٹنگ رینج میں چیک کیا جانا چاہیے۔ حرارتی سطح کے علاقے، بجلی کی تقسیم، گردش، اور ٹینک جیومیٹری کے ساتھ سیال خصوصیات کا امتزاج پی ٹی ایف ای وسرجن ہیٹر کے انتخاب اور اپنی مرضی کے مطابق صنعتی ڈیزائن کے لیے زیادہ قابل اعتماد بنیاد فراہم کرتا ہے۔
