Aušinant šaltos, praskiestos druskos rūgšties srautą, numatytoji medžiaga gali būti PTFE šilumokaitis, cheminio atsparumo karalius. Tačiau PTFE yra brangus. Šios specifinės, žemos temperatūros, neoksiduojančios paslaugos alternatyva yra polipropilenas (PP), prekinis plastikas, kainuojantis tik dalį kainos. Jo šilumos laidumas yra tame pačiame, vangiai žemame diapazone, todėl tai nėra šilumos atnaujinimas. Sprendimas naudoti PP yra grynai ekonominis, todėl platus PTFE temperatūrų diapazonas ir universalus cheminis atsparumas parduodamas už daug mažesnę pradinę kainą.
Šilumos laidumas: artimas atitikimas
Polipropileno (PP) šilumos laidumas kambario temperatūroje yra maždaug 0,2 W/m·K. PTFE (politetrafluoretileno) šilumos laidumas yra šiek tiek didesnis – apie 0,25 W/m·K. Praktiškai šis 20 % skirtumas yra nereikšmingas daugeliui šilumokaičio dydžio skaičiavimų. Abi medžiagos yra šilumos izoliatoriai, palyginti su metalais (pvz., nerūdijantis plienas, esant ~15 W/m·K). Todėl PP šilumokaičiui reikės maždaug tokio paties šilumos perdavimo paviršiaus ploto, kaip ir PTFE įrenginiui, kad būtų galima atlikti tą patį darbą, skysčių greitį ir temperatūrą. Neapdorotos šiluminės charakteristikos nėra priežastis rinktis PP, o ne PTFE, arba atvirkščiai.
Atliekant aPP vs PTFE šilumokaičio šilumos laidumas žemos temperatūros rūgštispalyginus, išvada aiški: šilumos laidumas nelemia atrankos. Abi medžiagos priklauso tai pačiai žemo laidumo klasei, o bet kokie dizaino skirtumai yra nedideli.
Kodėl verta rinktis PP? Ekonominis argumentas
Pagrindinis polipropileno pranašumas yra maža kaina. PP yra prekinis termoplastikas, gaminamas dideliais kiekiais, o žaliavų kainos paprastai yra 5–10 kartų mažesnės nei PTFE. Gamybos metodai-, tokie kaip suvirinimas karštomis dujomis, ekstruzija ir liejimas įpurškimas-, taip pat yra pigesni nei specializuotas sukepinimas ir presavimas, reikalingas PTFE. Korpuso ir vamzdžio arba ritės tipo PP šilumokaitį galima pagaminti už dalį lygiaverčio PTFE įrenginio kainos. Naudojant žemos temperatūros, neagresyvią rūgštį, ši sąnaudų taupymas gali būti didelis.
PP apribojimai: temperatūra ir cheminis atsparumas
Nors PP yra ekonomiškai patrauklus, jo veikimo langas yra siauras. Maksimali nepertraukiamo polipropileno eksploatavimo temperatūra yra tik apie 80 laipsnių (176 laipsnių F). Virš šios temperatūros PP suminkštėja, praranda mechaninį stiprumą ir pradeda šliaužti veikiamas slėgio. Priešingai, PTFE gali veikti nuolat 200 laipsnių (392 laipsnių F) ir su pertraukomis iki 260 laipsnių. Dirbant žemoje temperatūroje (pvz., žemesnėje nei 60 laipsnių temperatūroje) šis apribojimas yra priimtinas, tačiau bet koks proceso sutrikimas arba valymas garais gali viršyti PP ribą.
Chemiškai PP yra atsparus daugeliui atskiestų rūgščių, bazių ir vandeninių druskų tirpalų. Tačiau jį puola stiprios oksiduojančios rūgštys, tokios kaip koncentruota azoto rūgštis, sieros rūgštis, didesnė nei 70%, ir chromo rūgštis. Jis taip pat brinksta arba tirpsta daugelyje organinių tirpiklių (pvz., aromatiniuose angliavandeniliuose, chlorintuose tirpikliuose ir ketonuose). Kita vertus, PTFE yra atsparus beveik visoms cheminėms medžiagoms, išskyrus išlydytus šarminius metalus ir elementinį fluorą aukštoje temperatūroje. Todėl PP yra specialus vėsių, švarių, neoksiduojančių rūgščių (pvz., atskiestos HCl, skiestos H2SO₄, acto rūgšties) specialistas. PTFE yra visuotinai atsparus, aukštos temperatūros ir saugus generalistas.
Papildomi techniniai aspektai
UV jautrumas ir trapumas
Polipropilenas silpnai atsparus ultravioletiniams (UV) spinduliams. Jei šilumokaitis įrengiamas lauke arba ryškiai apšviestoje vietoje, UV poveikis sukelia fotooksidaciją, dėl kurios paviršius įtrūksta ir praranda smūgio stiprumą. PP šilumokaičiai, skirti naudoti lauke, turi būti ekranuoti arba dažyti UV atspariomis dangomis. PTFE iš prigimties yra atsparus UV spinduliams ir nesuyra saulės šviesoje.
Degumas
PP yra degi medžiaga, kurios ribinis deguonies indeksas (LOI) yra maždaug 18%. Užsidegęs jis lengvai dega, gamindamas tankius dūmus ir lašindamas išlydytą polimerą. Turi būti atsižvelgta į priešgaisrinės saugos aspektus,-pvz., purkštuvus, priešgaisrines užtvaras ir elektros zonos klasifikaciją-. PTFE LOI yra 95 % ir yra klasifikuojamas kaip nedegus; jis nepalaiko degimo ir savaime užgęsta pašalinus liepsnos šaltinį. Dėl to PTFE yra saugesnis pasirinkimas gaisro rizikos aplinkoje.
Mechaninis stiprumas žemoje temperatūroje
Esant žemai temperatūrai (pvz., žemesnėje nei 10 laipsnių), PP tampa vis trapesnis ir jautresnis smūgiams dėl vandens plaktuko ar ledo susidarymo. PTFE išlieka kietas ir lankstus iki kriogeninės temperatūros (-200 laipsnių). Norint naudoti šaltą rūgštį (pvz., atšaldytą vandenį arba atšaldytą sūrymą), PP šilumokaičius reikia kruopščiai apsaugoti nuo mechaninio smūgio.
Pasirinkimo gairės: suderinkite medžiagą su paslauga
Pasirinkimas tarp PP ir PTFE šilumokaičio žemos temperatūros rūgščiai yra ne terminis, o grynai ekonominis ir cheminis suderinamumo sprendimas. Naudokite PP, kai:
Rūgštis yra praskiesta, neoksiduojanti ir švari (pvz., HCl < 20%, H2SO₄ < 50%, acto rūgštis).
Darbinė temperatūra yra žemesnė nei 60 laipsnių (su saugos riba žemiau 80 laipsnių).
Jame nėra organinių tirpiklių ar stiprių oksidatorių.
Šilumokaitis montuojamas patalpose arba apsaugotas nuo UV spindulių.
Gaisro rizika yra maža arba tinkamai sumažinta.
Mažiausios pradinio kapitalo sąnaudos yra varomasis veiksnys.
Naudokite PTFE, kai:
Rūgštis yra karšta (virš 80 laipsnių), koncentruota arba oksiduojanti (pvz., azoto, chromo arba karšta siera).
Skysčio sudėtyje yra agresyvių organinių tirpiklių.
Proceso sutrikimai gali laikinai viršyti PP temperatūros ribą.
Susirūpinimą kelia priešgaisrinė sauga arba UV spinduliai.
Nepaisant didesnių išankstinių išlaidų, reikalingas ilgas tarnavimo laikas ir minimali priežiūra.
Polipropilenas yra nebrangus, paprastas darbinis arkliukas vėsiai, švelniai rūgščiai; PTFE yra aukščiausios kokybės, nenugalimas karys už karštesnę, laukinę ir labiau nenuspėjamą chemiją. Nei vienas, nei kitas nėra visuotinai pranašesnis{1}}teisingas pasirinkimas visiškai priklauso nuo proceso apimties.
Išvada: šilumos laidumas nėra lemiamas veiksnys
Dirbant žemoje temperatūroje, PP ir PTFE šilumos laidumas yra toks panašus, kad šilumokaičio dydis ir našumas yra beveik identiški. Todėl sprendimas priklauso nuo cheminio suderinamumo, temperatūros ribų, saugos ir sąnaudų. Dėl kruopščiai apibrėžtos, švelnios, vėsios rūgšties srauto PP sutaupo daug išlaidų ir užtikrina patikimą aptarnavimą. Bet kokiai sudėtingai, karštai ar agresyviai chemijai neprilygstamas PTFE atsparumas pateisina jo aukščiausią kainą. Pigiausia medžiaga, kuri patikimai veikia, yra tinkama darbui-, o žemos temperatūros neoksiduojančioms rūgštims ta medžiaga gali būti polipropilenas.
