V ktorých chemických službách prekoná grafitový výmenník tepla PTFE jednotku?

Grafit aj PTFE sú šampiónmi v korozívnom prenose tepla, no obe majú svoje silné stránky. Poznanie služieb, kde grafit prevyšuje PTFE, zabráni nákladným nesprávnym aplikáciám. PTFE je vysoko chemicky odolný a mechanicky flexibilný materiál, ale grafit má vynikajúcu tepelnú vodivosť a odolnosť voči vysokej teplote, čo z neho robí materiál voľby pre úzky rozsah korozívnych činností. Výmenníky tepla grafit vs PTFE sú dobre pochopené a inžinieri si môžu vybrať najspoľahlivejšie a najnákladnejšie-riešenie.

Horúca kyselina sírová (70–98 %) - Pevnosť grafitu
Jednou z najagresívnejších priemyselných chemikálií je koncentrovaná horúca kyselina sírová. Grafit (impregnovaný fenolovou alebo PTFE živicou, nepriepustný typ) dobre funguje v tomto prostredí až do 200 stupňov. Materiál je odolný voči oxidácii aj dehydratácii a zachováva štrukturálnu integritu aj pri vysokej koncentrácii.

Zatiaľ čo PTFE je obmedzený na asi 110 stupňov pre trvalú prevádzku v kyseline sírovej. Nad touto teplotou PTFE slabne a stráca svoju mechanickú pevnosť. Dôležitou sa stáva aj medzera tepelnej vodivosti. Na chladenie alebo ohrievanie koncentrovanej kyseliny je potrebný efektívny prenos tepla, aby sa zabránilo lokálnemu prehriatiu alebo podchladeniu, ktoré môže urýchliť koróziu alebo spôsobiť poškodenie produktu.

V aplikáciách, ako je riedenie kyseliny sírovej, medzi{0}}chladenie kontaktných zariadení alebo jednotky na koncentrovanie kyseliny, sú grafitové výmenníky tepla zvyčajne jediným možným-kovovým riešením. Majú veľkú tepelnú vodivosť a umožňujú kompaktné konštrukcie. Ich odolnosť proti korózii je stabilná počas rokov používania.

Kyselina chlorovodíková, organicky kontaminovaná
Kyselina chlorovodíková je veľmi korozívna pre väčšinu kovov v akomkoľvek množstve. Grafit aj PTFE sú dobre znášané čistou HCl. Ak však kyselina obsahuje organické kontaminanty, ako sú chlórované rozpúšťadlá, oleje alebo vedľajšie produkty reakcie, často je výhodnou voľbou grafit.

Grafit odoláva HCl až do bodu varu (110 stupňov pre azeotropickú silu) a nie je ovplyvnený stopovými organickými látkami. PTFE tiež odoláva týmto organickým látkam, ale nevýhodou je nižšia tepelná vodivosť PTFE. Pri danej prevádzke je teplovýmenná plocha PTFE výmenníka oveľa väčšia. Ak procesná kvapalina obsahuje lepkavé organické látky, väčšie dĺžky trubice a väčší plášť jednotky PTFE zvyšujú pravdepodobnosť znečistenia a ťažkosti s čistením. Grafit je ponúkaný vo forme kompaktných blokov alebo škrupín-a{6}}rúr, čo minimalizuje dobu zotrvania a povrchovú plochu na nanášanie.

V praxi, pre HCl služby so stredným až vysokým tepelným zaťažením, grafit ponúka menší, citlivejší výmenník, ktorý sa ľahšie čistí a udržiava.

Služby vyžadujúce vysoké rýchlosti prenosu tepla
Grafit má tepelnú vodivosť 80–120 W/m·K, čo je niekoľko stokrát viac ako PTFE (0,25 W/m·K). Grafit je materiál voľby tam, kde sú kritické kompaktnosť a veľká tepelná účinnosť. Úžitok je maximálny v:

Chladenie alebo ohrev kvapaliny s vysokým prietokom - Celkový koeficient prestupu tepla pre grafitový kvapalinový-výmenník je zvyčajne 600–1200 W/m2·K, zatiaľ čo pre PTFE je to 200–400 W/m2·K. Rozdiel je v tom, že grafitová jednotka môže byť 2 až 5-krát menšia pri rovnakej prevádzke.

Kondenzácia korozívnych pár Na kondenzačné činnosti sú potrebné -vysoké koeficienty bočného filmu trubice{1}. Nízka vodivosť PTFE je vážnou prekážkou v dôsledku odolnosti filmu kondenzovanej kvapaliny. Grafit bude efektívne kondenzovať, často na menej ako tretine plochy potrebnej pre PTFE jednotku.

Rýchle dávkové zahrievanie alebo chladenie - Pri dávkových operáciách, kde je rozhodujúci čas cyklu, nízka tepelná hmotnosť a vysoká tepelná vodivosť grafitu umožňujú rýchly nárast teploty. Pomalá odozva PTFE tiež zvyšuje čas cyklu.

Kompaktnosť grafitu je rozhodujúcim faktorom v aplikáciách, kde je priestor na prvom mieste, ako sú ližiny chemických reaktorov, farmaceutické čisté priestory alebo rekonštrukcie existujúcich budov.

Keď je PTFE lepší ako grafit (Uznanie)
Každé spravodlivé porovnanie musí potvrdiť služby, pre ktoré je PTFE lepší. PTFE je lepší ako grafit nižšie:

Servis Prečo by ste si mali vybrať PTFE
Silne oxidujúce kyseliny (napr. koncentrovaná kyselina dusičná, kyselina chrómová) Za oxidačných okolností je impregnácia živicou napadnutá, čo spôsobuje stratu odolnosti proti korózii nepriepustného grafitu. PTFE je v podstate -neoxidujúci.
Horúce silné žieraviny (napr. . 50 % NaOH nad 100 stupňov) Horúce alkálie napádajú grafit. PTFE odoláva žieravinám až do svojich teplotných limitov.
Oleum (dymová kyselina sírová obsahujúca voľný SO₃) Grafit reaguje s voľným SO 3 . PTFE je stabilný.
Systémy s vysokými vibráciami alebo vodnými kladivamiGrafit je krehký a preto praská. PTFE je flexibilný, takže znáša mechanické otrasy.
Veľké alebo abrazívne látky v kvapalinách Grafitové priechody sa upchávajú alebo degradujú. PTFE trubice sa môžu ohýbať a prechádzať časticami.
Grafit bude reagovať s oleom, horúcimi silnými žieravinami alebo oxidačnými kyselinami, napr. koncentrovanou dusičnou. Pre tieto služby by sa mal preskúmať PTFE alebo iné materiály (napr. tantal, karbid kremíka).

Súhrnná tabuľka: Usmernenie pre rozhodovanie
Stručný návod na výber grafitu alebo PTFE pre chemickú prevádzku je uvedený v tabuľke nižšie:

Chemická prevádzka Výkonnosť grafitu Výkonné materiály PTFE Uprednostňované
Horúca H2SO4 (70-98%, 80-200oC) Vynikajúca Obmedzená teplota