Karštos, koncentruotos sieros rūgšties srauto pašildymas iki 180 laipsnių yra darbas, kurio PTFE tiesiog negali ištverti-jo stiprumas išnyksta gerokai anksčiau nei ši temperatūra. Nelaidus grafitas, tankus, derva{3}}impregnuotas anglies blokas, naudojamas kaip standartinė nemetalinė alternatyva. Tačiau abi medžiagos turi labai skirtingas fizines formas, kad galėtų atlikti tą patį darbą. Kiekvienos medžiagos vamzdžio sienelės storis daug atskleidžia apie jos mechanines savybes, temperatūros ribas ir tinkamumą agresyviai cheminei aplinkai. Suprasdamas,grafitas vs PTFE vamzdžio sienelės storis aukštos temperatūros rūgštisKompromisas- yra būtinas norint pasirinkti tinkamą šilumokaitį sudėtingoms proceso sąlygoms.
Kodėl sienos storis iš esmės skiriasi tarp grafito ir PTFE
Grafitas ir PTFE artėja prie šilumos perdavimo iš priešingų medžiagų spektro galų. Viena yra standi, ugniai atspari keramika; kitas yra lankstus, žemos temperatūros polimeras. Atitinkami jų vamzdžių sienelių storiai nėra savavališki-, juos lemia medžiagos stipriosios ir silpnosios pusės.
Grafitas: storas, trapus ir{0}}atlaiko aukštą temperatūrą
Grafitinis šilumokaičio vamzdis nėra lankstus komponentas. Tai storas{1}}sienelis, standus cilindras. Daugelio konstrukcijų (pvz., blokinio-tipo šilumokaičių) vamzdžiai formuojami tiksliai išgręžiant skylutes tiesiai į vientisą nelaidaus grafito bloką, o ne surenkant atskirus plonus vamzdelius. Gautas sienelės storis paprastai svyruoja nuo 3 iki 6 milimetrų, priklausomai nuo vamzdžio skersmens ir darbinio slėgio.
Šis didelis storis naudojamas keliems tikslams:
Konstrukcinis stiprumas:Grafitas yra trapus ir neturi plastiškumo. Stora siena užtikrina mechaninį tvirtumą, reikalingą vidiniam slėgiui, montavimo įtempiams ir šiluminiams gradientams atlaikyti be įtrūkimų.
Korozijos pašalpa:Nors grafitas atsparus daugumai rūgščių, laikui bėgant gali įvykti nedidelis paviršiaus išpuolis. Stora siena užtikrina įmontuotą-korozijos atsparumą, užtikrinantį ilgą tarnavimo laiką net esant agresyvioms terpėms.
Šilumos laidumo pranašumas:Grafito šilumos laidumas yra išskirtinai didelis – maždaug 80–120 W/m·K-, maždaug 300–400 kartų didesnis nei PTFE. Net ir esant storai sienai, šilumos perdavimas išlieka efektyvus, nes pati medžiaga yra puikus laidininkas.
Tačiau grafito trapumas reikalauja kruopštaus tvarkymo. Reikalingas mechaniškai tylus įrengimas-vibracija, šiluminiai smūgiai arba staigūs slėgio šuoliai gali sukelti įtrūkimus. Stora siena šiek tiek sumažina šią riziką, tačiau tai nepanaikina atsargios inžinerijos poreikio.
PTFE: plonas, lankstus ir{0}}temperatūra ribota
Priešingai, PTFE priklauso nuo jo lankstumo ir cheminio inertiškumo, o ne nuo stiprumo. Aukštos-temperatūros rūgščių sistemoje (neviršijant jos ribų) PTFE naudojamas kaip plonasienių
Kodėl toks plonas? PTFE šilumos laidumas yra labai mažas, maždaug 0,25 W/m·K. Stora PTFE sienelė veiktų kaip šilumos izoliatorius ir smarkiai sumažintų šilumokaičio veikimą. Plona sienelė sumažina šią ir taip prastą šiluminę varžą, leidžiančią priimti priimtinus šilumos perdavimo greičius, nepaisant medžiagai būdingų izoliacinių savybių.
PTFE lankstumas taip pat vaidina svarbų vaidmenį. Ploni vamzdeliai gali lenktis ir vibruoti nesutrūkinėdami, todėl PTFE yra tinkamas apvalkalų-ir-vamzdžių konstrukcijoms, kur šiluminio plėtimosi skirtumai prisitaiko prie vamzdžio lenkimo. Tačiau tas pats lankstumas riboja maksimalią darbinę temperatūrą. Virš apytiksliai 110 laipsnių nuolat veikiant rūgštimi PTFE pradeda minkštėti, šliaužia veikiamas apkrovos ir praranda mechaninį vientisumą. 180 laipsnių kampu PTFE praktiškai neturi naudingo stiprumo.
Palyginamoji lentelė: Grafito ir PTFE vamzdžių sienelių savybės
| Turtas | Grafitas | PTFE |
|---|---|---|
| Tipiškas vamzdžio sienelės storis | 3-6 mm | 0,5–0,8 mm |
| Maksimali nuolatinė temperatūra rūgščių darbe | 200–250 laipsnių (priklausomai nuo rūgšties tipo) | ~110 laipsnių |
| Šilumos laidumas | 80–120 W/m·K | ~0.25 W/m·K |
| Mechaninis elgesys | Kietas, trapus, reikalauja kruopštaus tvarkymo | Lankstus, tamprus, atsparus vibracijai{0}} |
| Gedimo režimas | Įtrūkimai dėl terminio ar mechaninio smūgio | Minkštėjimas, šliaužimas arba sprogimas dėl perkaitimo |
Šiluminis efektyvumas: storas grafitas prieš ploną PTFE
Sienelės storio ir šilumos laidumo derinys lemia bendrą šilumos perdavimą. 5 mm storio grafito vamzdžio šiluminė varža yra maždaug 5 mm / 100 W/m·K=0.00005 m²·K/W ploto vienetui-, o tai nereikšminga atliekant daugumą proceso skaičiavimų. 0,6 mm storio PTFE vamzdžio varža yra 0,0006 m / 0,25 W/m·K=0.0024 m²·K/W, o tai yra maždaug 50 kartų didesnė. Taigi, nors PTFE sienelė yra daug plonesnė, dominuoja jos prastas laidumas, todėl, lyginant su grafitu, reikia didesnių šilumos perdavimo plotų arba mažesnių šilumos srautų.
Pasirinkimas pagal proceso temperatūrą ir mechaninius apribojimus
Sprendimas tarp grafito ir PTFE priklauso nuo temperatūros ir mechaninio valdymo.
Rūgščių priežiūrai virš 120 laipsnių (pvz., koncentruota sieros, fosforo arba azoto rūgštis aukštesnėje temperatūroje):Grafitas yra vienintelis ne{0}}metalinis pasirinkimas. Jo stora sienelė ir trapumas turi būti suderintos su tinkamomis atramos, lėtomis šiluminėmis rampomis ir vibracijos izoliacija. Thegrafitas vs PTFE vamzdžio sienelės storis aukštos temperatūros rūgštispalyginimas aiškiai teikia pirmenybę grafitui, kai temperatūra viršija PTFE ribą.
Rūgšties eksploatacijai žemesnėje nei 100 laipsnių temperatūroje su galima vibracija arba terminiu ciklu:Plona, lanksti PTFE sienelė pasižymi puikiu atsparumu nuovargiui ir atsparumu mechaniniam poveikiui. Tačiau norint kompensuoti prastą šilumos laidumą, reikalingas didesnis šilumokaičio paviršiaus plotas.
Mišrioms arba neapibrėžtoms sąlygoms:Konservatyvus požiūris yra naudoti grafitą, jei yra tikimybė, kad temperatūra nukryps virš 110 laipsnių. PTFE tyliai -minkštės ir nepratekės-, o grafitas ir toliau saugiai veiks pagal savo projektavimo ribas.
Praktinės tvarkymo pastabos
Dėl grafito trapumo reikia kruopštaus montavimo. Vamzdynų jungtys turi būti-neįtemptos, todėl reikia vengti staigių vožtuvų užsidarymo, dėl kurio kyla vandens plaktukas. Įkaitinimo procedūros dažnai reikalauja laipsniško temperatūros padidėjimo (pvz., 10 laipsnių per minutę), kad būtų išvengta šiluminio smūgio įtrūkimų. Priešingai, PTFE yra daug atlaidesnis greitiems temperatūros pokyčiams ir mechaniniams poslinkiams, jei absoliuti temperatūra išlieka žemesnė nei 110 laipsnių.
Išvada: medžiagos formos suderinimas su proceso poreikiais
Kiekvienos medžiagos sienelės storis tiesiogiai atspindi jos įgimtą asmenybę. Tūrinis grafitas užtikrina tvirtumą ir šiluminį našumą, kai PTFE lankstumas nesugeba -aukštos-temperatūrinės rūgšties eksploatavimo reikalauja storos, ugniai atsparios sienos, galinčios atlaikyti ir koroziją, ir vidinį slėgį. PTFE plonas, lankstus pobūdis puikiai tinka ten, kur grafito standumas gali sudužti-žemoje-temperatūroje, vibracijai- jautriuose įrenginiuose, turinčių naudos dėl lanksčios membranos, kuri prisitaiko prie judėjimo be įtrūkimų. Todėl medžiagos pasirinkimas yra susijęs su fizinės medžiagos formos suderinimu su proceso fiziniais poreikiais. Kai temperatūra pakyla virš 110 laipsnių, stora grafito siena nėra trūkumas{10}}tai būtinybė.
