Kuros ķīmiskos pakalpojumos grafīta siltummainis pārspēj PTFE iekārtu?

Gan grafīts, gan PTFE ir korozīvās siltuma pārneses čempioni, tomēr abiem ir savas stiprās puses. Zinot pakalpojumus, kuros grafīts pārspēj PTFE, novērsīsit dārgus nepareizus lietojumus. PTFE ir lieliski ķīmiski izturīgs un mehāniski elastīgs materiāls, bet grafītam ir izcila siltumvadītspēja un augsta temperatūras izturība, tāpēc tas ir izvēlēts materiāls šauram korozijas darbību diapazonam. Grafīta un PTFE siltummaiņi ir labi saprotami, un inženieri var izvēlēties uzticamāko un rentablāko risinājumu.

Karstā sērskābe (70–98%) - Grafīta cietoksnis
Viena no agresīvākajām rūpnieciskajām ķimikālijām ir koncentrēta karstā sērskābe. Grafīts (piesūcināts ar fenola vai PTFE sveķiem, necaurlaidīgs veids) labi darbojas šajā vidē līdz 200 grādiem. Materiāls ir izturīgs gan pret oksidācijas, gan dehidratācijas uzbrukumu un saglabā struktūras integritāti pat augstā koncentrācijā.

Lai gan PTFE ir ierobežots līdz aptuveni 110 grādiem, lai nodrošinātu ilgstošu darbību sērskābē. Virs šīs temperatūras PTFE vājinās un zaudē savu mehānisko izturību. Arī siltumvadītspējas sprauga kļūst izšķiroša. Koncentrētas skābes dzesēšanai vai karsēšanai ir nepieciešama efektīva siltuma pārnese, lai izvairītos no lokālas pārkaršanas vai nepietiekamas dzesēšanas, kas var paātrināt koroziju vai izraisīt produkta bojājumus.

Tādos lietojumos kā sērskābes atšķaidīšana, kontaktiekārtas vai skābes koncentrācijas iekārtu starpposmu dzesēšana, grafīta siltummaiņi parasti ir vienīgais praktiski izmantojamais nemetāliskais risinājums. Tiem ir lieliska siltumvadītspēja un tie nodrošina kompaktu dizainu. To izturība pret koroziju ir stabila gadiem ilgi.

Sālsskābe, organiski piesārņots
Sālsskābe ir ļoti kodīga lielākajai daļai metālu jebkurā daudzumā. Tīrs HCl labi panes gan grafītu, gan PTFE. Tomēr, ja skābe satur organiskus piesārņotājus, piemēram, hlorētus šķīdinātājus, eļļas vai reakcijas blakusproduktus, grafīts bieži vien ir vēlama izvēle.

Grafīts iztur HCl līdz tā viršanas temperatūrai (110 grādi azeotropiskajam stiprumam), un to neietekmē organiskās vielas. PTFE arī pretojas šīm organiskajām vielām, bet trūkums ir zemāka PTFE siltumvadītspēja. Konkrētajam pienākumam PTFE siltummaiņa siltuma pārneses laukums ir daudz lielāks. Ja procesa šķidrums satur lipīgas organiskas vielas, garāks caurules garums un lielāks PTFE vienības apvalks palielina piesārņojuma iespējamību un tīrīšanas grūtības. Grafīts tiek piedāvāts kompaktu bloku vai apvalka{5}}un{6}}caurules veidā, kas samazina uzturēšanās laiku un nogulsnēšanas virsmas laukumu.

Praksē HCl pakalpojumiem ar mērenu vai lielu siltuma slodzi grafīts piedāvā mazāku, atsaucīgāku siltummaiņu, ko ir vieglāk tīrīt un uzturēt.

Pakalpojumi, kuriem nepieciešama augsta siltuma pārnese
Grafīta siltumvadītspēja ir 80–120 W/m·K, kas ir vairākus simtus reižu lielāka nekā PTFE (0,25 W/m·K). Grafīts ir izvēlētais materiāls, kur kompaktums un liela termiskā efektivitāte ir izšķiroša nozīme. Ieguvums ir maksimāls:

Augstas -plūsmas šķidruma dzesēšana vai sildīšana - Kopējais siltuma pārneses koeficients grafīta šķidruma-šķidruma apmaiņai parasti ir 600–1200 W/m2·K, turpretim PTFE — 200–400 W/m2·K. Atšķirība ir tāda, ka vienam un tam pašam pienākumam grafīta vienība var būt 2 līdz 5 reizes mazāka.

Kodīgu tvaiku kondensācija - Kondensācijas darbībām ir nepieciešami lieli caurules- sānu plēves koeficienti. PTFE zemā vadītspēja ir nopietns šķērslis kondensācijas šķidruma plēves pretestības dēļ. Grafīts efektīvi kondensējas, bieži vien mazāk nekā vienā trešdaļā no platības, kas nepieciešama PTFE iekārtai.

Ātra pakešu karsēšana vai dzesēšana - Pakešu operācijām, kur cikla laiks ir izšķirošs, grafīta zemā termiskā masa un lielā siltumvadītspēja nodrošina ātru temperatūras paaugstināšanos. PTFE lēnā reakcija arī palielina cikla laiku.

Grafīta kompaktums ir noteicošais faktors lietojumos, kur telpa ir ļoti dārga, piemēram, ķīmisko reaktoru buksē, farmaceitiskās tīrības telpās vai esošo ēku modernizēšanā.

Kad PTFE ir labāks par grafītu (apstiprinājums)
Jebkurā godīgā salīdzināšanā ir jāatzīst pakalpojumi, kuriem PTFE ir pārāks. PTFE ir labāks par grafītu zemāk:

Pakalpojums Kāpēc jums vajadzētu izvēlēties PTFE
Spēcīgas oksidējošas skābes (piemēram, koncentrēta slāpekļskābe, hromskābe) Oksidācijas apstākļos tiek ietekmēta sveķu impregnēšana, izraisot necaurlaidīgā grafīta izturības pret koroziju zudumu. PTFE būtībā nav -oksidējošs.
Karsti, spēcīgi kodīgi (piem., . 50% NaOH virs 100 grādiem) Karsti sārmi iedarbojas uz grafītu. PTFE ir izturīgs pret kodīgām vielām līdz temperatūras robežām.
Oleums (kūpoša sērskābe, kas satur brīvu SO₃) Grafīts reaģē ar brīvu SO 3 . PTFE ir stabils.
Sistēmas ar augstu vibrāciju vai ūdens āmuriem Grafīts ir trausls, tāpēc tas plaisā. PTFE ir elastīgs, tāpēc tas iztur mehānisko triecienu.
Lielas vai abrazīvas vielas šķidrumos Grafīta ejas aizsprosto vai sabojājas. PTFE caurules var saliekties un iziet cauri daļiņām.
Grafīts reaģēs ar oleumu, karstām stiprām kodīgām vielām vai oksidējošām skābēm, piemēram, koncentrētu slāpekli. Attiecībā uz šiem pakalpojumiem ir jāizpēta PTFE vai citi materiāli (piemēram, tantals, silīcija karbīds).

Kopsavilkuma tabula: Vadlīnijas lēmuma pieņemšanai
Īss ceļvedis grafīta vai PTFE izvēlei ķīmiskai lietošanai ir parādīts zemāk esošajā tabulā:

Chemical Service grafīta veiktspējas PTFE veiktspējas materiāli Vēlams
Karsts H2SO4 (70-98%, 80-200oC) Lieliska ierobežota temperatūra