PFA (perfluoralkoksi) apvalka sildītājam, ko izmanto, lai uzturētu 160 grādus 70% sērskābes šķīdumā pie 2 bāru spiediena, kāds ir maksimālais pieļaujamais sienas biezums, lai novērstu polimēra termisko noārdīšanos pretestības stieples saskarnē?

PFA (perfluoralkoksi) apvalka sildītājiem jābūt konstruētiem 70% sērskābes pie 160 grādu un 2 bāru spiediena, lai temperatūra saskarnē ar pretestības vadu paliktu zem polimēra nepārtrauktās darba temperatūras 260 grādiem. Temperatūras kritumu pāri PFA sienai nosaka ar vienādojumu ΔT=(q × t) / k, kur q ir siltuma plūsma (W/m²), t ir sienas biezums (m) un k ir PFA siltumvadītspēja (0,25 W/m·K). Tipiskajam jaudas blīvumam 8 W/cm2 (80000 W/m2) un skābes temperatūrai 160 grādi lielākais pieļaujamais sienas biezums, lai nodrošinātu stieples temperatūru<260°C is 0.31 mm. If the walls are made thicker, the wire interface would be above 260°C, at which point the polymer will soften and degrade

PFA apvalku termiskās sadalīšanās mehānisms

Siltumam, ko rada pretestības stieple, ir jānovada caur PFA sienu uz skābi. T_vads=T_skābe + ΔT ir temperatūra stieples saskarnē PFA sāk mīkstināt pie 260 grādiem un sāk degradēties virs 300 grādiem. Lai nodrošinātu ilgtermiņa uzticamību, vadu saskarnes temperatūra nedrīkst pārsniegt 260 grādus. Siltuma plūsma q ir norādīta jaudas blīvumā (W/cm2) un ir funkcija no sildītāja jaudas un virsmas laukuma.

Stieples temperatūra pret sienas biezumu kvantitatīvi

Pie 160 grādiem jaudas blīvums 8 W/cm² (80 000 W/m²) 70% H₂SO₄:

Sienas biezums (mm) ΔT šķērsām PFA ( grāds ) Stieples temperatūra ( grāds ) PFA stāvoklis 0.15 48 208 Drošs 0.20 64 224 Drošs 0.25 80 240 Drošs 0.31 100 260 Maksimāli pieļaujamais 0.35 112 272 Sākas noārdīšanās 0.40 128 288 Mīkstināšana 0.50 160 320Smaga nolietošanās
Maksimālais pieļaujamais sienas biezums pie dažāda jaudas blīvuma

Nākamajā tabulā parādīts maksimālais pieļaujamais sienu biezums PFA apvalka sildītājiem 70% H2SO4 160 grādu temperatūrā kā jaudas blīvuma funkcija.

Jaudas blīvums (W/cm2) ΔT uz mm biezuma (grādi /mm) Maksimālais sienas biezums T_vadam<260°C (mm) 5 20 0.5
6 24 0.42 7 28 0.36 8 32 0.31 9 36 0.28 10 40 0.25 12 48 0.21
Inženiertehniskie apsvērumi 1.

Sienas biezumam arī jāspēj izturēt 2 bāru iekšējo spiedienu (ja sildītājs ir caurule) un slodzes, kā arī nodrošināt nepieciešamo mehānisko izturību. Spiedienam, kas lielāks par 1 bāru, ir ieteicama minimālā siena 0,3 mm neatkarīgi no termiskajiem aprēķiniem. Šim pielietojumam (2 bāri) sienas biezums 0,3–0,35 mm ir kompromiss starp termiskajām un mehāniskajām prasībām. Ja sienas ir biezākas, jāsamazina jaudas blīvums vai jāpievieno siltuma izplatītājs.

Citas metodes

Ja nepieciešamais sienu biezums mehāniskai integritātei pārsniedz termisko robežu, konstrukciju var mainīt:

Jaudas blīvuma samazināšana (garāka vai lielāka diametra sildītājs)

Izmantojot siltumu vadošāku materiālu (PEEK ir k=0.32 W/m·K, nedaudz labāk)

Metāla siltuma izkliedētāja ievietošana PFA apvalkā

Augstākas temperatūras polimēra izmantošana (šajā ķīmiskajā vidē virs 260 grādiem neviens nav pieejams)

Labi informēta specifikācija

Lai stieples kontakts būtu zem 260 grādiem, maksimālais sienas biezums PFA apvalka sildītājam ar jaudas blīvumu 8 W/cm2 70% sērskābē 160 grādu temperatūrā un 2 bāru spiedienā ir 0,31 mm. Lai garantētu mehānisko uzticamību, ir jāizmanto pastiprinošs slānis vai jāsamazina jaudas blīvums līdz 6 W/cm², kas pieļauj 0,42 mm sienas biezumu. Inženieris kontrolē sienas biezumu un jaudas blīvumu, lai izvairītos no PFA siltuma degradācijas saskarnē ar pretestības vadu.