Tvarkyti šlapias chloro dujas ar skystą bromą yra labai sunku,{0}}šie halogenai atakuoja daugelį metalų ir netgi gali prasiskverbti į kai kuriuos fluoropolimerus arba sulaužyti juos. Dėl unikalaus atsparumo ir stiprumo derinio PVDF (polivinilideno fluoridas) tapo pageidaujama šilumokaičių medžiaga šiose agresyviose paslaugose. Proceso inžinieriams, projektuojantiems bromo regeneravimo įrenginius, chloro džiovinimo sistemas ar dezinfekavimo kontaktinius rezervuarus, PVDF šilumokaičiai siūlo įtikinamą cheminio suderinamumo ir mechaninio tvirtumo pusiausvyrą, kuri dažnai pranoksta tradicinius PTFE-pagrįstus sprendimus.
Cheminis PVDF atsparumas halogeninėje aplinkoje
PVDF yra pusiau{0}}kristalinis fluorpolimeras, turintis kintamų CH₂ ir CF₂ grupių. Ši struktūra užtikrina puikų atsparumą oksiduojančioms medžiagoms, įskaitant šlapią chlorą, chloro dioksidą, hipochloritus ir skystą bromą. Skirtingai nuo kai kurių kitų fluoropolimerų, PVDF neturi reikšmingo prasiskverbimo ar įtempių įtrūkimų, kai yra veikiamas šių halogenų įprastomis darbo sąlygomis.
Lauko patirtis rodo, kad PTFE gali prasiskverbti ilgai{0}}naudojant šlapią chlorą. Chloro molekulės lėtai difunduoja per PTFE matricą, todėl šilumokaičio vamzdeliuose gali susidaryti pūslės arba išsisluoksniuoti. Tankesnė PVDF kristalinė struktūra ir mažesnis laisvas tūris sumažina halogeno prasiskverbimo greitį dydžiu ar daugiau. Vadinasi,PVDF šilumokaičio chloro bromo servisaschloro{0}}šarmų gamyklose, bromo gavybos įrenginiuose ir vandens valymo sistemose nuolat daugėjo programų.
Maksimali aptarnavimo temperatūra ir koncentracijos ribos
PVDF išlaiko atsparumą halogenams iki maksimalios nuolatinės eksploatacijos temperatūros, kuri yra maždaug 135 laipsnių (275 laipsnių F). Šiame diapazone PVDF atlaiko šlapias chloro dujas (prisotintas vandens garais) ir skystą bromą be degradacijos. Esant aukštesnei nei 135 laipsnių temperatūrai, PTFE išlieka stabilus (iki 260 laipsnių), tačiau daugumai chloro ir bromo procesų, -kurių veikia žemesnėje nei 120 laipsnių temperatūroje, -PVDF visiškai tinka.
Koncentracijos ribos yra plačios. PVDF atsparus šlapiam chlorui nuo pėdsakų iki 100 % dujų fazės, jei yra drėgmės (sausos chloro dujos gali reaguoti su PVDF aukštesnėje temperatūroje). Bromo atveju PVDF apdoroja skystą bromą, bromo vandenį ir bromo garus temperatūros ribose.
Mechaninio stiprumo pranašumai, palyginti su PTFE
Pagrindinis privalumas yra pranašesnės PVDF mechaninės savybės, palyginti su PTFE. Šioje lentelėje apibendrinamas palyginimas:
| Turtas | PTFE | PVDF |
|---|---|---|
| Tempiamasis stipris (MPa) | 20–30 | 40–55 |
| Lanksčio modulis (MPa) | 500–700 | 2000–2500 |
| Pailgėjimas lūžio metu (%) | 250–400 | 20–50 |
| Kietumas (D šoras) | 50–60 | 70–80 |
| Atsparumas dilimui | Žemas | Nuo vidutinio iki didelio |
PVDF yra žymiai stipresnis ir standesnis. Tai leidžia šilumokaičių konstrukcijas su plonesnėmis vamzdžių sienelėmis -paprastai 0,5–1,0 mm PVDF, o 1,0–2,0 mm PTFE. Plonesnės sienos sumažina šiluminę varžą ir pagerina šilumos perdavimo koeficientus. PVDF apvalkalo-ir
Didesnis mechaninis stiprumas taip pat leidžia pasiekti aukštesnius slėgio rodiklius. PTFE šilumokaičiai paprastai yra apriboti iki 3–5 barų (45–75 psi) dėl šliaužimo ir šalto srauto. PVDF šilumokaičiai įprastai atlaiko 8–10 barų (115–145 psi) slėgį, o su sustiprintais korpusais – iki 15 barų. Dėl to PVDF tinka naudoti, kai slėgis linijoje yra vidutinis, bet viršija PTFE galimybes.
Atsparumas dilimui yra dar vienas skirtumas. Paslaugose, kuriose šilumokaitis mato skendinčias kietąsias medžiagas, kristalus (pvz., druską chloro-šarminiame sūryme) arba turbulentinį srautą su įtrauktomis dalelėmis, PTFE vamzdžiai gana greitai ardo. Didesnis PVDF kietumas ir atsparumas dilimui žymiai prailgina vamzdžio tarnavimo laiką.
Praktiniai halogenų apdorojimo pritaikymai
Chloro džiovinimo sistemos
Gaminant chlorą, šlapias chloras iš elektrolizės elementų praeina per džiovinimo bokštą (paprastai koncentruota sieros rūgštis). Džiovinimo procesas yra egzoterminis, todėl jį reikia atvėsinti. PVDF šilumokaičiai plačiai naudojami kaip chloro aušintuvai prieš arba po džiovinimo. Jie atsparūs tiek šlapiam chlorui (prieš džiovinimą), tiek sausam chlorui su nedideliu kiekiu drėgmės (pasroviui), o metalai greitai koroduotų.
Bromo atgavimas iš sūrymo
Bromo ekstrahavimas iš jūros vandens arba sūraus ežero sūrymų apima bromido oksidavimą į bromą naudojant chloro dujas, o po to pašalinamas garais. Susidarę bromo garai kondensuojami ir išgryninami. PVDF šilumokaičiai šioje paslaugoje tarnauja kaip kondensatoriai ir produktų aušintuvai. Lauko ataskaitose nurodoma, kad bromo regeneravimo įrenginių eksploatavimo laikas viršija 10 metų, o PTFE šilumokaičiai toje pačioje vietoje po 3–5 metų parodė su prasiskverbimu susijusius gedimus.
Aušinimas balikliu ir hipochloritu
Natrio hipochloritas (baliklis) suyra aukštesnėje temperatūroje, išskirdamas deguonį ir šilumą. PVDF šilumokaičiai gamybos metu aušina hipochlorito tirpalą, kad išlaikytų stabilumą. PTFE taip pat tinka, bet didesnis PVDF stiprumas leidžia sukurti kompaktiškesnius, ekonomiškesnius{2}}konstrukcijus.
Apribojimai ir suderinamumo ribos
PVDF nėra universalus PTFE pakaitalas. Jį puola stiprūs poliniai tirpikliai, įskaitant:
Ketonai (acetonas, metiletilketonas)
Esteriai (etilacetatas, butilo acetatas)
Kai kurie eteriai (tetrahidrofuranas)
Rūkstanti sieros rūgštis (virš 100 % H2SO4)
Concentrated hot caustic (above 80 °C and >20% NaOH)
Tokiose aplinkose PTFE išlieka pageidaujama medžiaga. Be to, PVDF negalima naudoti su sausomis chloro dujomis aukštoje temperatūroje (virš 135 laipsnių) arba su chloro trifluoridu. Paslaugoms, kurių temperatūra viršija 135 laipsnius arba kurioms reikalingas universalus cheminis atsparumas, standartu išlieka PTFE šilumokaičiai.
Suderinamumo lentelė: PTFE ir PVDF halogenuose ir susijusiose cheminėse medžiagose
Šioje lentelėje pateikiamas bendras šilumokaičio medžiagų suderinamumo vadovas. Įvertinimai: E=Puikus, G=Geras (nedidelis ataka), F=Tinkamas (apribotas aptarnavimas), X=Nerekomenduojama.
| Cheminis | Koncentracija | Temperatūra | PTFE | PVDF |
|---|---|---|---|---|
| Chloras, šlapias (dujos) | Sočiųjų | Iki 100 laipsnių | E | E |
| Chloras, šlapias (dujos) | Sočiųjų | 100–135 laipsnių | E | G |
| Chloras, sausas | 100% dujos | Iki 100 laipsnių | E | F¹ |
| Bromas, skystas | 100% | Iki 100 laipsnių | E | E |
| Bromas, skystas | 100% | 100–135 laipsnių | E | G |
| Bromo vanduo | Sočiųjų | Iki 100 laipsnių | E | E |
| Chloro dioksidas | Vandeninis | Iki 80 laipsnių | E | E |
| Natrio hipochloritas | 15% | Iki 50 laipsnių | E | E |
| Druskos rūgštis | 37% | Iki 100 laipsnių | E | E |
| Sieros rūgštis, dūmai | >100% | 25 laipsnių | E | X |
| Acetonas | 100% | 25 laipsnių | E | X |
| Etilo acetatas | 100% | 25 laipsnių | E | X |
| Natrio hidroksidas | 50% | 80 laipsnių | E | F² |
¹ Sausas chloras aukštesnėje nei 100 laipsnių temperatūroje gali sukelti PVDF irimą. Vietoj to naudokite PTFE.
² PVDF yra priimtinas su pertrūkiais arba mažos{0}}koncentracijos šarmu, bet ne nuolatiniam aukštos-temperatūros, didelės{2}}koncentracijos paslaugai.
Projektuojant PVDF šilumokaičius
Nurodant aPVDF šilumokaičio chloro bromo servisasTaikant, reikia atkreipti dėmesį į kelis veiksnius:
Vamzdžio sienelės storis:Nepaisant PVDF stiprumo, halogeniniam aptarnavimui rekomenduojamas mažiausiai 0,8 mm storis, kad būtų užtikrinta apsauga nuo prasiskverbimo ir mechaninių pažeidimų.
Tarpikliai ir sandarikliai:Naudokite PTFE arba perfluorelastomerinius (FFKM) tarpiklius. PVDF tarpikliai linkę šliaužti. EPDM ir FKM nesuderinami su halogenais.
Slėgio kritimas:Plonesni vamzdžiai leidžia pasiekti didesnį srauto greitį, bet erozija{0}}korozija nekelia problemų naudojant PVDF. Vamzdžio pusėje priimtinas greitis iki 3 m/s.
Šiluminis plėtimasis:PVDF šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug 8 kartus didesnis nei anglinio plieno. Šilumokaičių konstrukcijos turi prisitaikyti prie diferencinio plėtimosi per plėtimosi kilpas, silfonus arba plūduriuojančius vamzdžių lakštus.
Palyginimas su kitomis fluoropolimero alternatyvomis
ETFE (etileno tetrafluoretilenas) ir ECTFE (etileno chlortrifluoretilenas) taip pat naudojami halogenų paslaugoms. Abu pasižymi mechaniniu atsparumu tarp PTFE ir PVDF, cheminis atsparumas šiek tiek mažesnis nei PTFE, bet didesnis už PVDF kai kuriems tirpikliams. Tačiau PVDF paprastai yra ekonomiškesnis- ir lengviau prieinamas šilumokaičių pavidalu (apvalkalas-ir-vamzdis, ritė, panardinamasis). Kalbant apie bromą ir šlapią chlorą, PVDF ilgaamžiškumas suteikia pranašumą.
Išvada
PVDF šilumokaičiai užpildo kritinę halogenų naudojimo nišą, kur jų specifinis atsparumas šlapiam chlorui ir skystam bromui kartu su puikiu mechaniniu stiprumu viršija PTFE. Dėl plonesnių vamzdžių sienelių, aukštesnio slėgio, geresnio atsparumo dilimui ir mažesnio pralaidumo PVDF yra ekonomiškai efektyvus ir patikimas pasirinkimas chloro-šarmų, bromo regeneravimo ir dezinfekavimo procesams, veikiantiems žemesnėje nei 135 laipsnių temperatūroje. Tačiau pasirenkant medžiagas reikia išsamiai suprasti proceso chemiją, -įskaitant polinių tirpiklių, rūkančių rūgščių ar aukštos -temperatūrinio sauso chloro-buvimą, kur PTFE vis dar reikalingas. Daugeliui chloro ir bromo šilumos perdavimo funkcijų PVDF siūlo įtikinamą veikimo ir ilgaamžiškumo pusiausvyrą.
