Ako ovplyvňujú bio{0}}rozpúšťadlá výber materiálu pre tesnenia fluoropolymérového výmenníka?

Výmenníky tepla, ktoré spracovávajú ekologickejšie, bio{0}}rozpúšťadlá, sa musia meniť spolu s chemickým priemyslom. Hoci vykazuje trochu odlišnú interakciu s elastomérnymi tesneniami utesňujúcimi fluórpolymérový výmenník, náhrada za toluén, tetrahydrofurán alebo dichlórmetán môže poskytnúť porovnateľnú výkonnosť procesu. Tvrdosť tesnenia, napučiavanie a dlhodobá{3}}tesniaca sila môžu byť ovplyvnené aj malými zmenami v afinite k rozpúšťadlu.

Overenie, či sú tradične spoľahlivé tesniace materiály stále kompatibilné s najnovšou generáciou obnoviteľných rozpúšťadiel, je novou inžinierskou výzvou, ktorú priniesol posun smerom k udržateľnej chémii.

Zvýšený význam výberu tesnenia fluórpolymérového výmenníka kompatibilného s rozpúšťadlami na bio báze odzrkadľuje širšiu snahu priemyslu smerom k nízkej -toxicite a bio{1}}chemikáliám odvodeným z procesu.

Prečo sa biorozpúšťadlá-správajú inak
Mnohé súčasné udržateľné rozpúšťadlá sú vyrobené tak, aby fungovali podobne ako tradičné petrochemické rozpúšťadlá, pričom majú menší nepriaznivý vplyv na životné prostredie alebo sú jedovaté.

Príklady pozostávajú z:

2-MeTHF alebo metyltetrahydrofurán

cyklopentylmetyléter (CPME)

Etyl laktátu

Uhličitan dimetyl

Estery generované z biomasy

Rozpúšťadlá na báze terpénov

Napriek skutočnosti, že tieto materiály môžu byť priamo nahradené v súčasných procesoch, ich molekulárne štruktúry sa často líšia od štruktúr rozpúšťadiel, ktoré nahrádzajú.

Kompatibilitu tesnení ovplyvňuje množstvo chemických vlastností:

Polarita molekúl

Chémia funkčných skupín

Difúzia rozpúšťadiel

Molekulové rozmery

Správanie vodíkových väzieb

Tieto zmeny môžu ovplyvniť penetráciu rozpúšťadla alebo interakciu s elastomérnymi tesniacimi materiálmi.

Keďže ide o chemikáliu, vo výmenníku musí byť stále dôsledne obsiahnuté zelené rozpúšťadlo.

Dôvody, prečo sú tesnenia nebezpečnejšie ako PTFE
Hlavné zmáčané povrchy fluórpolymérových výmenníkov tepla sú často vyrobené z PTFE alebo podobných fluórovaných polymérov. Vo všeobecnosti je PTFE stále odolný voči takmer všetkým organickým rozpúšťadlám a drsným chemikáliám.

Systémy tesnení sú však zložitejšie.

Mnoho zostáv tesnení výmenníkov kombinuje rôzne materiály, ako napríklad:

Tesnenia pre PTFE obálky

Vitonové jadrá

Elastoméry vyrobené z EPDM

Silikónové podložky

PTFE výplne, ktoré sú expandované

Vonkajšia vrstva PTFE môže poskytovať chemické tienenie, ale vnútorné elastomérne jadro stále kontroluje stlačiteľnosť a tesnosť.

V priebehu času môže elastomér pod ním napučať, zmäknúť, zmrštiť alebo stvrdnúť, ak molekuly rozpúšťadla presakujú cez drobné kazy, švy alebo odkryté povrchy.

Vplyv napučiavania rozpúšťadla na výkon tesnenia
Keď molekuly rozpúšťadla preniknú do elastomérnej štruktúry a fyzicky roztiahnu materiál, dôjde k napučaniu tesnenia.

Mierne napučiavanie môže spočiatku zlepšiť tesniacu silu, ale nadmerná absorpcia často spôsobuje veľké dlhodobé-ťažkosti.

Potenciálne vplyvy zahŕňajú:

Strata pevnosti v tlaku

Zmäkčenie jadra tesnenia

Deformácia, ktorá je trvalá

Vytláčanie-vyvolané tlakom

znížená retencia zaťaženia skrutky

Tesnenie netesní počas tepelného cyklovania

Naopak, niektoré rozpúšťadlá môžu extrahovať zmäkčovadlá alebo prísady z elastomérov, čo spôsobuje zmršťovanie a krehnutie namiesto napučiavania.

Každá okolnosť môže poškodiť integritu tesnenia.

Ťažkosti vitonu a EPDM v bio{0}}rozpúšťadlách
Vďaka svojej veľkej chemickej odolnosti voči uhľovodíkom a chlórovaným rozpúšťadlám sa fluoroelastoméry ako Viton často vo veľkej miere používali v tradičných rozpúšťadlách.

Niektoré novšie bio{0}}rozpúšťadlá však majú esterovú chémiu alebo okysličené funkčné skupiny, ktoré interagujú s elastomérnymi sieťami nezvyčajným spôsobom.

Variabilita výkonu Vitonu
Historicky PTFE obalové tesnenia s jadrami Viton vykazovali dobrý výkon v rôznych systémoch rozpúšťadiel. Niektoré rozpúšťadlá na bio{1}} báze však môžu zmäkčiť zložku Viton silnejšie, než sa očakávalo, najmä ak sa zvýši polarita alebo obsah esterov.

Výsledkom tohto konania môže byť:

Znížená húževnatosť

Kompresná súprava

Opuch

Nestabilita tesnenia pri zaťažení

Rozdiely v kompatibilite EPDM
EPDM môže nepriaznivo reagovať s niektorými organickými rozpúšťadlami, ale normálne funguje dobre v polárnych kvapalinách a systémoch na báze vody-.

Ako sa udržateľná chémia rozpúšťadiel rozširuje, predpoklady kompatibility založené na konvenčných petrochemických rozpúšťadlách sa stávajú menej spoľahlivými.

Testovanie kompatibility s ASTM D471
ASTM D471 je štandardný laboratórny postup na hodnotenie kompatibility gumy a elastoméru.

Táto testovacia metóda analyzuje, ako sa materiál mení po riadenom ponorení do chemickej tekutiny.

Typické hodnotiace kritériá zahŕňajú:

Opuch objemu

Zmena tvrdosti

Rozdiely v pevnosti v ťahu

Zmena hmotnosti

Degradácia vzhľadu

Ak materiál tesnenia príliš napučí alebo zmäkne v prostredí nového rozpúšťadla, možno to okamžite určiť pomocou priameho testu ponorením.

Testovanie ASTM D471 sa čoraz častejšie vykonáva pre materiály, ktoré mali desaťročia preukázanú servisnú históriu so staršími rozpúšťadlami, pretože mnohé udržateľné rozpúšťadlá sú v priemyselnom spracovaní relatívne nové.

Úvahy o priepustnosti PTFE
Za určitých okolností však môže dôjsť k permeácii, aj keď sa predpokladá, že PTFE je chemicky inertný prakticky voči všetkým organickým rozpúšťadlám.

Najmä pri vysokých teplotách alebo predĺžených expozičných časoch môžu malé molekuly rozpúšťadla pomaly difundovať cez fluórpolymérne štruktúry.

Samotný PTFE nie je vždy poškodený permeáciou, hoci môže umožniť interakciu rozpúšťadla s:

Jadrá tesnení vo vnútri

vrstvy výstuže

Sekundárne materiály na tesnenie

Preto, aj keď sa povrchy PTFE zdajú byť chemicky nepriepustné, úplná kompatibilita zostavy tesnenia je stále rozhodujúca.

Potreba zmeny databáz kompatibility
Desaťročia skúseností s tradičnými petrochemickými rozpúšťadlami viedli k vývoju mnohých publikovaných tabuliek chemickej kompatibility.

Udržateľná chémia rozpúšťadiel teraz rastie rýchlejšie ako niektoré zo súčasných referenčných databáz.

V rodinách nových rozpúšťadiel často chýbajú:

Údaje o-dlhodobom starnutí

Štúdie o permeácii

Záznamy o kompatibilite s-vysokou teplotou

Výsledky zmiešanej expozície-rozpúšťadlu

Validácia tepelných cyklov

To znamená, že namiesto toho, aby sa spoliehali len na minulé predpoklady, výrobcovia výmenníkov a koncoví používatelia majú teraz ďalšiu potrebu potvrdiť kompatibilitu experimentovaním.

Počas certifikácie procesov a špecifikácie zariadení sa certifikovaná dokumentácia o kompatibilite stáva čoraz dôležitejšou.

Trendy vo výbere materiálu fluoropolymérového výmenníka
Priemyselná reakcia na vývoj chémie rozpúšťadiel už ovplyvňuje materiálové plány tesnení.

Objavuje sa niekoľko tendencií:

Zvýšené využitie úplne zapuzdrených tesnení
Agresívnejšie rozpúšťadlové systémy vyvolávajú záujem o úplne zapuzdrené PTFE tesnenia, ktoré znižujú vystavenie elastoméru.

Zvýšená validácia v laboratóriu
Namiesto používania jednozložkových referenčných rozpúšťadiel na testovanie chemickej kompatibility sa čoraz viac používajú skutočné procesné zmesi.

Elastomérne zmesi na mieru
Dodávatelia tesnení vytvárajú modifikované fluoroelastomérne a EPDM zlúčeniny navrhnuté pre obnoviteľnú odolnosť voči rozpúšťadlám.

Prísnejšie požiadavky na kvalifikáciu dodávateľov
Koncoví používatelia čoraz častejšie požadujú:

Údaje ASTM D471

Dlhodobé-imerzné štúdie

Validácia tepelného starnutia

Výsledky testovania priepustnosti

Zameranie sa presúva od všeobecných predpokladov kompatibility smerom k overeniu-špecifickej pre aplikáciu.

Širší vplyv na dizajn procesných zariadení
Debata o výbere tesnenia fluórpolymérového výmenníka pre kompatibilitu rozpúšťadiel na báze bio{0}}odzrkadľuje širší posun v chemickom spracovateľskom priemysle.

Materiály zariadení sa musia vždy meniť, pretože udržateľná chémia napreduje na:

Charakteristiky polarity nových rozpúšťadiel

Úprava správania extrakcie

Rôzne permeačné vlastnosti

Nové požiadavky na tepelnú stabilitu

Dokonca aj nepatrné zmeny procesnej chémie môžu spôsobiť neočakávané interakcie s tesneniami, nátermi, hadicami a komponentmi výmenníka.

Fluórpolymérové ​​výmenníky nie sú jedinými systémami, ktoré čelia týmto problémom, ale často fungujú v náročných podmienkach, kde aj malé chyby tesnenia môžu byť smrteľné.

Na záver
Prechod na bio{0}}rozpúšťadlá predstavuje veľký úspech v trvalo udržateľnom chemickom spracovaní, ale prináša aj nové problémy s kompatibilitou materiálov pre fluórpolymérové ​​tesnenia výmenníkov tepla. Hoci samotný PTFE je do značnej miery odolný voči väčšine organických rozpúšťadiel, jadrá elastomérnych tesnení, ako sú Viton a EPDM, môžu reagovať odlišne na obnoviteľné rozpúšťadlá s meniacou sa polaritou a molekulárnou štruktúrou.

Ponorné testovanie ASTM D471 je čoraz dôležitejšie pre potvrdenie výkonu tesnení so súčasnými udržateľnými rozpúšťadlami, najmä keď databázy kompatibility neustále dobiehajú rozširujúce sa spektrum alternatív zelenej chémie.

Spoľahlivý tesniaci výkon teraz závisí od zvýšenej pozornosti venovanej validácii materiálu, permeačnému správaniu a dlhodobej{0}}interakcii s rozpúšťadlom.

Každá zmena v chémii procesov pri chemickom spracovaní si nakoniec vyžaduje starostlivé opätovné overenie položiek, ktoré ju majú obsahovať.