Perpildytoje chemijos gamykloje grindų plotas yra aukščiausios kokybės. PTFE korpuso-ir Šilumokaičiai, pagaminti iš nepralaidaus grafito bloko, atliekantys tą pačią šiluminę funkciją, gali užimti tik dalį tos vietos, kartais pakankamai mažos, kad galėtų sėdėti ant laboratorijos stendo. Skirtumą lemia viena dominuojanti medžiagos savybė: šilumos laidumas.
Įnepralaidus grafitas vs PTFE šilumos laidumas, kontrastas apibrėžia ne tik našumą, bet ir įrangos dydį, svorį bei išdėstymo efektyvumą.
Šilumos laidumas kaip konstrukcijos-ribojimo savybė
Pagrindinis vaidmuo nustatant šilumokaičio dydį
Šilumokaičio dydis pirmiausia priklauso nuo to, kaip efektyviai šiluminė energija yra transportuojama per sieną, skiriančią du skysčius. Didesnis šilumos laidumas sumažina šiluminę varžą, todėl:
Mažesnis šilumos perdavimo plotas
Trumpesni srauto keliai
Kompaktiškesnės geometrijos
Sumažintas medžiagos kiekis
Kai laidumas labai padidėja, šilumokaičio architektūra keičiasi iš esmės, o ne laipsniškai.
Medžiagų laidumo palyginimas
PTFE kaip žemo{0}}laidumo pagrindas
PTFE turi labai mažą šilumos laidumą, maždaug:
~0.25 W/m·K
Dėl to PTFE yra vienas iš labiausiai šilumą izoliuojančių inžinerinių polimerų. Kaip rezultatas:
Reikalingi dideli paviršiaus plotai
Reikalingi ilgi vamzdžiai
Siekiant sumažinti atsparumą, pageidautina naudoti plonasienes{0}}geometrijas
PTFE šilumokaičiai paprastai remiasi prailgintais vamzdžių ryšuliais, kad kompensuotų prastą šilumos perdavimą per pačią medžiagą.
Nelaidus grafitas kaip didelio{0}}laidumo medžiaga
Nepralaidžių grafito blokelių šilumos laidumas paprastai yra toks:
80–120 W/m·K
Ši vertė priklauso nuo:
Grafito klasė
Akytumo struktūra
Sandarinimui naudojamas dervos impregnavimo tipas
Net ir esant šiems skirtumams, laidumas išlieka šimtus kartų didesnis nei PTFE.
Grafitas yra šiluminis greitkelis, kuriame PTFE yra vingiuota šalies juosta, o šilumokaičio dydis atspindi skirtumą.
Struktūrinė forma ir jos įtaka kompaktiškumui
Grafito mainų kietųjų blokų architektūra
Nelaidus grafitas nėra gaminamas kaip vamzdeliai. Vietoj to, jis gaminamas kaip:
Tvirtas anglies{0}}blokas
Tiksliai{0}}išgręžta su vidiniais srauto kanalais
Sandarinamas naudojant dervos impregnavimą, kad būtų užtikrintas cheminis atsparumas
Ši geometrija leidžia:
Tankus šilumos perdavimo paviršiaus ploto pakavimas
Trumpi laidumo keliai tarp kanalų
Didelis konstrukcijos tvirtumas kompaktiškame tūryje
Rezultatas yra šilumokaitis, kuris maksimaliai padidina paviršiaus plotą tūrio vienetui.
PTFE vamzdžių paketo architektūra
PTFE{0}}pagrįsti šilumokaičiai remiasi:
Ilgi, ploni vamzdeliai
Korpuso-ir-vamzdžio arba bloko-vamzdžio konfigūracijos
Prailginti srauto keliai, siekiant kompensuoti žemą laidumą
Ši architektūra iš esmės reikalauja:
Didesnis fizinis pėdsakas
Didesnė montavimo apimtis
Padidinti struktūrinės paramos reikalavimai
Šiluminės charakteristikos pasekmės
Šilumos perdavimo ploto reikalavimas
Kadangi grafitas taip efektyviai praleidžia šilumą:
Reikalingas šilumos perdavimo plotas smarkiai sumažėja
Sienelės storis gali išlikti santykinai mažas be veikimo nuobaudos
Šiluminiai gradientai visoje medžiagoje yra sumažinti
Priešingai, PTFE reikalauja didelio paviršiaus ploto dauginimo, kad būtų pasiektas lygiavertis darbas.
Reakcija į šiluminę apkrovą
Grafitinės sistemos paprastai pasižymi:
Greita šiluminė reakcija
Efektyvus energijos perdavimas per kompaktiškas dalis
Stabilūs temperatūros profiliai ribotuose tūriuose
PTFE sistemos demonstruoja:
Lėtesnis šilumos perdavimas per vamzdžių sieneles
Didesnė priklausomybė nuo skysčio{0}}pusės konvekcijos
Didesni temperatūrų skirtumai tarp medžiagų ribų
Inžineriniai mainai{0}}
Nepralaidžio grafito privalumai
Pagrindiniai grafito šilumokaičių pranašumai yra šie:
Išskirtinis šilumos laidumas (80–120 W/m·K)
Itin kompaktiškas plotas
Sumažintas įrangos svoris
Didelis paviršiaus ploto tankis
Dėl šių pranašumų grafitas yra ypač patrauklus{0}}įrengiant ribotą erdvę.
Grafito naudojimo apribojimai
Nepaisant šiluminio pranašumo, grafitas turi apribojimų:
Trapus mechaninis elgesys
Jautrumas smūgiams ir šiluminiam šokui
Sumažintas suderinamumas su stipriai oksiduojančiomis rūgštimis
Didesnė medžiagų ir gamybos kaina
Šie apribojimai apriboja jos taikymo langą.
PTFE sistemų pranašumai
PTFE suteikia:
Išskirtinis cheminis inertiškumas
Puikus atsparumas agresyvioms rūgštims, įskaitant HF
Mechaninis lankstumas
Atsparumas vibracijai ir šilumos judėjimui
Dėl šių savybių PTFE yra universaliau pritaikomas atšiaurioje cheminėje aplinkoje.
Programos pasirinkimo svarstymai
Kai grafitas tampa pageidaujamu pasirinkimu
Nelaidus grafitas paprastai pasirenkamas, kai:
Laisva montavimo vieta yra labai ribota
Chemija yra ne-oksiduojanti ir suderinama su anglies{1}}pagrindų medžiagomis
Kompaktiška forma reikalingas didelis šiluminis efektyvumas
Kapitalo sąnaudos yra antrinės mažinant pėdsaką
Kai PTFE išlieka būtinas
PTFE išlieka būtinas, kai:
Yra vandenilio fluorido rūgšties arba stiprių oksidatorių
Reikalingas mechaninis tvirtumas
Sistema turi toleruoti vibraciją arba valdymo įtampą
Ilgas, lankstus tarnavimo laikas yra prioritetas, o ne kompaktiškumas
Išvada
Skirtumą tarp nepralaidžio grafito ir PTFE šilumos perdavimo charakteristikų iš esmės lemia šilumos laidumas. Kai laidumo vertės yra maždaug 80–120 W/m·K, palyginti su PTFE ~0,25 W/m·K, nepralaidus grafitas leidžia sukurti žymiai mažesnius, lengvesnius ir kompaktiškesnius šilumokaičius dėl savo tvirtos, gręžtos{4}}bloko architektūros.
Įnepralaidus grafitas vs PTFE šilumos laidumas, pasirinkimas galiausiai yra balansas tarp ypatingo kompaktiškumo ir universalaus atsparumo cheminėms medžiagoms.
Nepraleidžiančio grafito nepaprastas šilumos laidumo pranašumas tiesiogiai paverčiamas labai kompaktiška šilumokaičio konstrukcija, todėl tai yra tinkamiausias sprendimas, kai erdvė yra didžiausias apribojimas, o cheminis suderinamumas leidžia jį naudoti. Šilumokaičio dydis galiausiai atspindi jo medžiagos šilumines savybes-nesvarbu, ar jis veikia kaip greitas šilumos greitkelis, ar lėtas izoliacijos kelias.
