Masalah Suhu Siling
Pengilangan kimia komponen aeroangkasa aluminium dan titanium menggunakan etsa alkali yang mengandungi natrium hidroksida, triethanolamine, dan logam terlarut. Mandian beroperasi pada 80-110 darjah bergantung pada keperluan aloi dan kadar goresan. Penukar haba mesti menyampaikan keluaran terma yang mantap dalam larutan yang menyerang kebanyakan bahan secara kimia.
PVDF kelihatan sesuai pada penilaian pertama. Ia menentang alkali kuat pada suhu sederhana. Ia cair-boleh diproses, membenarkan reka bentuk manifold yang kompleks. Kosnya kurang daripada PTFE. Banyak kedai pengilangan kimia telah menggunakan penukar haba PVDF dengan jayanya pada suhu mandi di bawah 80 darjah .
Had ini muncul apabila suhu mandi melebihi 90 darjah. Sifat mekanikal PVDF merosot dengan cepat melebihi ambang ini. Polimer melembutkan, menjalar di bawah beban, dan menjadi terdedah kepada retak tekanan persekitaran dengan kehadiran sebatian amina dalam triethanolamine. PTFE, dengan keupayaan suhu yang lebih tinggi dan rintangan kimia yang unggul, kekal berfungsi sepenuhnya melalui keseluruhan julat operasi.
Had Suhu PVDF
PVDF mempunyai penarafan suhu perkhidmatan berterusan 150 darjah di udara. Penilaian ini mencadangkan margin yang mencukupi untuk mandian kimia 110 darjah. Tetapi penilaian digunakan untuk bahan tidak tertekan dalam persekitaran jinak. Di dalam penukar haba, tiub PVDF mengalami tegasan gelung daripada tekanan stim dalaman, tegasan lentur daripada-berat sendiri antara penyokong dan pendedahan kimia daripada larutan trietanolamin beralkali. Gabungan mengurangkan siling operasi praktikal dengan ketara.
Pada 90-100 darjah , modulus anjal PVDF turun kepada kira-kira 20% daripada nilai suhu biliknya. Tiub mengendur antara sokongan. Merayap di bawah tekanan wap dipercepatkan. Bahan menjadi lembut sehingga sambungan pengapit kehilangan cengkaman, manifold herot, dan tiub boleh ditarik bebas daripada kelengkapan.
Pada 110 darjah, yang diperlukan oleh banyak mandi pengilangan kimia untuk kadar goresan pantas pada aloi titanium, PVDF hampir menghampiri had mekanikal praktikalnya. Sebarang gangguan proses yang meningkatkan suhu mandi walaupun sebentar-kepincangan injap kawalan stim, kegagalan pam edaran-boleh mendorong komponen PVDF ke dalam ubah bentuk atau kegagalan yang tidak boleh dipulihkan.
Jadual 1: Prestasi PTFE lwn. PVDF dalam Mandian Pengilangan Kimia Triethanolamine Alkali
| Harta Prestasi | PVDF | PTFE |
|---|---|---|
| Suhu perkhidmatan berterusan maksimum (tidak ditekan) | 150 darjah | 260 darjah |
| Had operasi praktikal dalam mandian kaustik | 90-100 darjah | 200 darjah + |
| Modulus anjal pada 100 darjah (% ambien) | ~20% | ~40% |
| Rintangan rayapan pada 100 darjah di bawah tekanan | miskin | bagus |
| Retak tekanan alam sekitar dalam triethanolamine | Terdedah melebihi 80 darjah | Kebal |
| Rintangan kimia alkali | Baik untuk pH 13 | Cemerlang kepada pH 14 |
| Kekonduksian terma (W/m·K) | 0.17-0.19 | 0.25 |
| Kos relatif (tiub) | 0.6-0.8× | 1.0× |
| Lebur-boleh diproses (kebolehkimpalan) | ya | Tidak |
Kesan Triethanolamine
Triethanolamine ialah amina organik yang digunakan dalam penyelesaian pengilangan kimia untuk mengawal kadar goresan dan kemasan permukaan. Ia berfungsi sebagai agen pengkompleks untuk aluminium terlarut, menghalang represipitasi pada permukaan bahan kerja. Ia juga bertindak sebagai agen pemecah tekanan alam sekitar untuk PVDF.
Keretakan tegasan alam sekitar berlaku apabila polimer bertekanan terdedah kepada agen kimia tertentu yang mempercepatkan pembentukan retak. Bahan kimia itu tidak melarutkan atau menghakis polimer secara pukal-PVDF yang direndam dalam larutan trietanolamin tanpa tekanan mungkin tidak menunjukkan perubahan yang ketara selama bertahun-tahun. Tetapi apabila polimer berada di bawah tegasan tegangan daripada tekanan dalaman atau lenturan, dan molekul triethanolamine menembusi mikro-lompang permukaan, keretakan bermula dan merambat.
Pada suhu mandian melebihi 80 darjah , gabungan kekuatan PVDF yang berkurangan dan peningkatan aktiviti kimia triethanolamine mewujudkan keadaan di mana keretakan tekanan berlangsung dengan cepat. Retak bermula pada titik kepekatan tegasan: pengapit sokongan, selekoh tiub dan sambungan pengepala. Setelah dimulakan, rekahan merebak melalui dinding tiub, membawa kepada kebocoran wap atau pecah tiub.
PTFE kebal terhadap tekanan alam sekitar retak oleh triethanolamine. Ikatan karbon-fluorin terlalu kuat untuk diganggu oleh amina. Rintangan rayapan polimer yang lebih tinggi pada suhu mengekalkan integriti struktur di bawah tekanan.
Pertimbangan Pemindahan Haba
Kekonduksian terma PVDF 0.17-0.19 W/m·K adalah lebih rendah sedikit daripada 0.25 W/m·K PTFE. PTFE memindahkan haba kira-kira 30-40% lebih cekap melalui dinding tiub. Untuk tugas haba dan dimensi tiub yang sama, gegelung PTFE memerlukan kurang luas permukaan daripada setara PVDF.
Kelebihan terma sederhana ini digabungkan dengan had suhu operasi PTFE yang lebih tinggi untuk membolehkan reka bentuk penukar haba yang lebih padat untuk mandi pengilangan kimia. Tekanan wap yang lebih tinggi yang dibenarkan pada suhu dinding tiub yang lebih tinggi mengurangkan luas permukaan yang diperlukan lebih jauh lagi.
Ringkasan
PTFE mengatasi PVDF dalam mandi pengilangan kimia{0}}suhu tinggi yang mengandungi kaustik dan trietanolamin kerana PTFE mengekalkan integriti mekanikal dan rintangan kimia pada suhu mandi sehingga 200 darjah , jauh melebihi had praktikal PVDF iaitu 90-100 darjah . Triethanolamine mempercepatkan retakan tekanan alam sekitar dalam PVDF bertekanan pada suhu tinggi, mekanisme kegagalan yang PTFE kebal.
Kelebihan kos permulaan yang sederhana bagi PVDF dipadamkan oleh kos penggantian apabila unit PVDF gagal sebelum waktunya pada suhu operasi yang tinggi. PTFE menyediakan perkhidmatan jangka panjang-yang boleh dipercayai tanpa had suhu dan pendedahan kimia yang menyekat PVDF untuk menurunkan-aplikasi pengilangan kimia suhu.
Analisis kejuruteraan untuk pemilihan penukar haba PTFE lwn. PVDF dalam aplikasi pengilangan kimia khusus tersedia selepas penyerahan kimia mandian, suhu operasi, tekanan wap dan sejarah perkhidmatan penukar haba sebelumnya.
