Ako ovplyvňuje hrúbka steny plášťa z nehrdzavejúcej ocele 316 mieru vonkajšieho znečistenia polymerizačnými médiami v elektrických ponorných ohrievačoch nádrží na živicu a lepidlo?

Vonkajšie znečistenie,-nahromadenie polymerizovaného materiálu na povrchu plášťa, je trvalým a nákladným problémom pre inžinierov chemických procesov, ktorí používajú elektrické ponorné ohrievače pri výrobe živice, lepidiel a spracovaní polymérov. Zanesené vrstvy fungujú ako tepelné izolátory a znižujú účinnosť prenosu tepla. Ohrievač bude musieť bežať pri zvýšených vnútorných teplotách drôtu. Znečistenie v kritickej hrúbke môže spôsobiť prehriatie a zlyhanie ohrievača, čo môže vyžadovať odstavenie a čistenie nádrže. Miera znečistenia plášťa z nehrdzavejúcej ocele 316 je ovplyvnená hrúbkou steny prostredníctvom dvoch mechanizmov: povrchová teplota pri určitej wattovej hustote a tepelná reakcia počas čistiacich cyklov. Hrubšie steny sú pri rovnakom výkone teplejšie, čo môže urýchliť zanášanie polymerizáciou, ale tiež umožňuje vyššiu toleranciu pre časté mechanické čistenie. Tento článok hodnotí vzťah medzi hrúbkou steny plášťa, povrchovou teplotou a mierou znečistenia v polymerizačnom médiu a poskytuje návrhy na výber ohrevu živice a lepidla v nádrži.

Polymerizačné znečistenie na 316 povrchoch: Vplyv teploty
Mnohé živicové a adhezívne systémy podliehajú polymerizácii voľnými-radikálovými alebo kondenzačnými procesmi, ktoré sú exponenciálne závislé od teploty. Arrheniov vzťah naznačuje, že rýchlosť polymerizácie na zahriatom povrchu sa zvyčajne zdvojnásobí pri každom zvýšení teploty o 10 až 15 stupňov. Rýchlosť polymerizačného znečistenia na povrchu plášťa pri 100 stupňoch v nenasýtenej polyesterovej živici pri objemovej teplote 80 stupňov je asi 0,1 mm/týždeň pre plášť 316. Na povrchu pri 120°C sa tempo každý týždeň vyšplhá na 0,4 mm. Pri 140 stupňoch je to 1,5 mm/týždeň - dostatočne rýchlo na to, aby sa ohrievač úplne znečistil za jeden mesiac. Rozhodujúci prah povrchovej teploty pre väčšinu polymerizujúcich médií je približne 15-}25 stupňov nad teplotou hmoty živice. Pod touto úrovňou je znečistenie postupné a kontrolované. Nad ním postupuje zanášanie veľkou rýchlosťou. Hrubší plášť 316 vytvára vyššiu povrchovú teplotu pre danú wattovú hustotu. Preto sú hrubostenné ohrievače pri rovnakej objemovej teplote a výkone náchylnejšie na rýchle znečistenie ako tenkostenné ohrievače.

Ako hrúbka steny ovplyvňuje cyklus čistenia nečistôt
Hrúbka steny plášťa ovplyvňuje jednoduchosť čistenia a riziko poškodenia plášťa, ak sa vykonáva pravidelné čistenie (zvyčajne každé 2–4 týždne). Čistenie tenkostenných plášťov pod 1,0 mm je jednoduchšie, pretože vrstva znečistenia je v čase čistenia tenšia, pretože nižšia povrchová teplota znižuje mieru zanášania. Mechanické čistiace postupy, ako je škrabanie, kefovanie alebo vysokotlakové prúdy vody, však môžu poškodiť tenké steny tým, že ich prehĺbia alebo prepichnú. Plášte hrubšie ako 1,8 mm majú hrubé steny a nie sú poškodené silným mechanickým čistením, ale rýchlejšie sa zanášajú a vytvárajú hrubšie, húževnatejšie usadeniny, ktoré sa ťažšie odstraňujú. Ideálna hrúbka steny pre polymerizačné médium je teda kompromisom medzi dostatočnou hrúbkou, aby odolala čisteniu, a dostatočnou tenkou na udržanie povrchovej teploty pod prahom rýchleho znečistenia. Toto optimum je v rozsahu 1,2 mm až 1,6 mm pre väčšinu aplikácií živice.

Odporúčaná hrúbka steny pre službu polymerizačných médií
Nasledujúca tabuľka uvádza odporúčanú hrúbku steny plášťa 316 pre elektrické ponorné ohrievače pre nádrže na lepidlo a lepidlo na základe teploty média, predpokladanej miery znečistenia a techniky čistenia.

Teplota objemového média Rýchlosť polymerizácie pri objemovej teplote Odporúčaná hustota vo wattoch Odporúčaná hrúbka steny 316 Teplota povrchu plášťa pri odporúčanej hrúbke Očakávaná miera zanášania Odporúčaný spôsob čistenia
20 – 40 stupňov (studený štart, pomalé vytvrdzovanie) Veľmi nízke 8 – 12 W/cm2 1.0 – 1,4 mm 40 – 60 stupňov < 0,05 mm/týždeň Chemické splachovanie iba 40 – 60 stupňov (teplé, mierne vytvrdzovanie) Nízke 6 – 10 W/cm{{13} –8,5} –0 0,15 mm/týždeň Chemická alebo mäkká kefka 60 – 80 stupňov (aktívne vytvrdzovanie) Stredná 4 – 8 W/cm2 1.4 – 1,8 mm 80 – 100 stupňov 0,15 – 0,40 mm/týždeň Chemická a mechanická 80 – 100 stupňov (rýchle vytvrdzovanie)/cm 3 – 103 – 203 W vysoká. 120 stupňov 0,40 – 1,00 mm/týždeň Časté chemické čistenie 100 – 120 stupňov (veľmi rýchle vytvrdzovanie)Veľmi vysoké 2 – 4 W/cm² 1,8 – 2,5 mm 120 – 140 stupňov 1,00 – 2,50 mm/týždeň Vyžaduje si špeciálny nepriľnavý povlak{{449}
>120 stupňov Veľmi vysoká Menej ako 2 W/cm2 Neodporúča sa Nad 140 oC Rýchle zlyhanie Zmena na paru alebo externý ohrev
Pri teplotách média nad 100 stupňov sa aktívna polymerizácia neodporúča pre plášte z nehrdzavejúcej ocele 316 bez ohľadu na hrúbku steny. Povrchová teplota potrebná na získanie praktických wattových hustôt bude nevyhnutne nad prahom pre rýchle znečistenie. V týchto situáciách sa môžu inžinieri pozrieť na externé vyhrievanie nádrže (buď plášte alebo cievky) alebo zmenu na plášť s nepriľnavým povrchom. PTFE alebo fluórpolymérové ​​povlaky na plášti 316 môžu poskytnúť nízkoenergetický povrch, ku ktorému sa polymerizované materiály pevne neprilepia, a môžu znížiť mieru znečistenia o 70 – 90 %. Nátery však zvyšujú náklady a môžu obmedziť maximálnu prevádzkovú teplotu na 200–260 stupňov v závislosti od typu náteru.

Dizajnové zmeny na minimalizáciu znečistenia bez zvýšenia hrúbky steny
Ukázali sa tri konštrukčné vylepšenia na zníženie miery znečistenia bez zvýšenia hrúbky steny v prípadoch, keď je pre tepelnú odozvu v polymerizujúcich kvapalinách žiaduci tenkostenný 316 plášť pod 1,2 mm. Prvým je zlepšenie cirkulácie nad povrchom ohrievača. Zvýšením rýchlosti tekutiny zo stacionárnej na 0,5 m/s je možné znížiť povrchovú teplotu o 10 – 15 stupňov pri rovnakej hustote vo wattoch vďaka zlepšenému koeficientu prestupu tepla na-strane tekutiny. Nižšia povrchová teplota priamo ovplyvňuje rýchlosť polymerizácie. Druhou zmenou je cyklovanie ohrievača s vyššou hustotou wattov namiesto jeho nepretržitého chodu pri nižšej hustote wattov. Ohrievač s výkonom 12 W/cm², ktorý trvá 5 minút zapnutý a 10 minút vypnutý, môže mať rovnaký priemerný výkon ako ohrievač nepretržite pracujúci s výkonom 8 W/cm², ale maximálna povrchová teplota je vyššia. Prevádzka pri vysokej teplote môže v skutočnosti zvýšiť zanášanie, takže prerušovaná prevádzka je výhodná len vtedy, keď{17}}čas vypnutia umožní plášťu vychladnúť pod prah polymerizácie, aby sa zabránilo vytváraniu usadenín-. Poslednou zmenou je vyleštenie povrchu puzdra na zrkadlový lesk menší ako 0,2 mikrónu Ra. Hladšie povrchy sa ľahšie čistia, pretože polyméry majú menej nukleačných miest, ku ktorým je potrebné priľnúť. Elektrolytické leštenie 316 plášťov môže znížiť mieru znečistenia o 20-40 % v porovnaní s-kovaním. V aplikáciách, kde je znečistenie pre kritické aplikácie neprijateľné, by mali inžinieri špecifikovať dvojitý{29}}plášťový dizajn s odnímateľným vonkajším puzdrom. Vonkajšie puzdro vyrobené z tenkej-steny 316 alebo materiálu s nepriľnavým povrchom{33} zhromažďuje nečistoty a možno ho často vymieňať bez opustenia celého ohrievača. Táto technika má počiatočné náklady, ale znižuje-dlhodobé prevádzkové náklady pri silnom znečistení. Pri špecifikácii ohrievačov pre polymerizačné médiá vždy požiadajte výrobcu ohrievača o projektovanú povrchovú teplotu pre požadovanú hustotu wattov a hrúbku steny. Porovnajte túto teplotu so stanoveným prahom polymerizácie pre konkrétnu živicu alebo lepidlo. Rozdiel 10 stupňov môže byť rozdielom medzi šiestimi mesiacmi bezproblémovej prevádzky a týždennými odstávkami čistenia.