Molekulinis skirtumas, lemiantis pasipriešinimo atotrūkį
Skirtumas tarp PTFE ir PVDF yra anglies{0}}vandenilio jungtyse. PVDF yra vinilidenfluorido kopolimeras, o jo molekulinėje struktūroje yra anglies -vandenilio jungčių, kurių nėra PTFE. Anglies -vandenilio jungtis yra silpnesnė nei anglies -fluoro jungtis, todėl čia prasideda oksidacijos ataka.
PTFE turi visiškai fluorintą anglies pagrindą be anglies{0}}vandenilio jungčių. Anglies -fluoro ryšys yra vienas stipriausių organinėje chemijoje, jo jungties energija yra maždaug 485 kJ/mol. Oksiduojančios rūgštys neturi pakankamai energijos, kad nutrauktų šią jungtį žemesnėje nei 260 laipsnių temperatūroje.
PVDF turi anglies -vandenilio ryšius, kurių jungties energija yra maždaug 413 kJ/mol. Skirtumas yra maždaug 15%, tačiau praktinis poveikis atsparumui oksidacijai yra daug didesnis. PVDF oksidacijos ataka prasideda nuo anglies -vandenilio jungties, o skilimas plinta polimero grandine. Oksidacijos greitis didėja didėjant temperatūrai ir oksiduojančios rūgšties koncentracijai.
Atsparumo oksiduojančioms rūgštims palyginimas
PTFE ir PVDF atsparumas oksiduojančioms rūgštims priklauso nuo konkrečios rūgšties, koncentracijos ir temperatūros.
Azoto rūgštis.PTFE atsparus azoto rūgščiai iki 70% koncentracijų ir iki 200 laipsnių temperatūros. PVDF atsparus azoto rūgščiai iki 50% koncentracijų ir iki 100 laipsnių temperatūros. Viršijus šias ribas, PVDF yra atakuojamas ir medžiaga suyra.
Chromo rūgštis.PTFE atsparus chromo rūgščiai koncentracijai iki 50% ir temperatūrai iki 150 laipsnių. PVDF atsparus chromo rūgščiai iki 30% koncentracijų ir iki 80 laipsnių temperatūros. Viršijus šias ribas, PVDF yra pažeidžiamas, o medžiaga keičia spalvą ir trapi.
Perchloro rūgštis.PTFE atsparus perchloro rūgščiai iki 70% koncentracijos ir iki 150 laipsnių temperatūros. PVDF atsparus perchloro rūgščiai iki 30% koncentracijos ir iki 60 laipsnių temperatūros. Perchloro rūgštis yra ypač agresyvi PVDF dėl stipraus oksidacinio potencialo.
Vandenilio peroksidas.PTFE atsparus vandenilio peroksidui iki 50% koncentracijos ir iki 100 laipsnių temperatūros. PVDF atsparus vandenilio peroksidui iki 30% koncentracijos ir iki 60 laipsnių temperatūros. Vandenilio peroksido skilimas sukuria deguonies radikalus, kurie atakuoja PVDF.
Šilumos laidumo palyginimas
PTFE ir PVDF turi panašų šilumos laidumą. PTFE laidumas yra 0,25 W/m·K, o PVDF – 0,19 W/m·K. Skirtumas yra nedidelis ir neturi didelės įtakos reikiamam paviršiaus plotui esant tam tikrai šilumos apkrovai.
Abiejų medžiagų bendrame šilumos perdavimo koeficiente dominuoja skysčio plėvelės varžos, o ne sienos varža. Naudojant skystą-į-skystį, bendras PTFE šilumokaičio koeficientas paprastai yra 200–300 W/m²·K, o PVDF šilumokaičio koeficientas paprastai yra 180–280 W/m²·K. Skirtumas yra mažesnis nei 10%, tai yra šilumos perdavimo skaičiavimo neapibrėžtumo ribose.
Todėl šilumos laidumo palyginimas nėra naudingas nė vienai medžiagai. Pasirinkimas turi būti pagrįstas cheminiu suderinamumu ir mechaninėmis savybėmis.
Dviejų medžiagų palyginimas oksiduojančios rūgšties tarnyboje
Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinamos PTFE ir PVDF šilumokaičių eksploatacinės ir sąnaudos charakteristikos oksiduojant rūgštį 60 laipsnių temperatūroje su 30% azoto rūgštimi.
| Būdingas | PTFE šilumokaitis | PVDF šilumokaitis | Privalumas |
|---|---|---|---|
| Šilumos laidumas | 0.25 W/m·K | 0.19 W/m·K | PTFE |
| Bendras šilumos perdavimo koeficientas | 250 W/m²·K | 230 W/m²·K | PTFE |
| Maksimali darbinė temperatūra | 260 laipsnių | 150 laipsnių | PTFE |
| Atsparumo azoto rūgščiai riba | 70% 200 laipsnių | 50% 100 laipsnių kampu | PTFE |
| Atsparumo chromo rūgščiai riba | 50% esant 150 laipsnių | 30% 80 laipsnių | PTFE |
| Perchloro rūgšties atsparumo riba | 70% 150 laipsnių kampu | 30% 60 laipsnių temperatūroje | PTFE |
| Vandenilio peroksido atsparumo riba | 50% 100 laipsnių kampu | 30% 60 laipsnių temperatūroje | PTFE |
| Mechaninis stiprumas | Vidutinis | Aukštas | PVDF |
| Maksimalus darbinis slėgis | 0,5 MPa | 1,0 MPa | PVDF |
| Eksploatavimo laikas oksiduojančios rūgšties servise | 12-18 metų | 5-8 metai | PTFE |
| Kapitalo sąnaudos už 30 kW muitą | $28,000 | $19,000 | PVDF |
| Montavimo kaina | $3,000 | $3,000 | Lygus |
| Metinės priežiūros išlaidos | $1,500 | $3,500 | PTFE |
| Bendra penkerių{0}} metų kaina | $47,500 | $53,000 | PTFE |
Penkerių{0}}metų bendrųjų išlaidų vertės sudaro 500 USD per valandą gamybos vertę ir apima kapitalo sąnaudas, įrengimo išlaidas ir priežiūros išlaidas per penkerius metus.
Kai PVDF yra geresnis pasirinkimas
PVDF yra geresnis pasirinkimas keliose konkrečiose programose.
Žemos{0}}temperatūros paslauga.Esant žemesnei nei 40 laipsnių temperatūrai, PVDF be vargo atsilaiko daugumai oksiduojančių rūgščių, o mažesnės kapitalo sąnaudos yra palankios PVDF.
Žemos-koncentracijos paslauga.Kai koncentracija mažesnė nei 20%, PVDF atsparus daugumai oksiduojančių rūgščių iki 60 laipsnių temperatūroje, o mažesnės kapitalo sąnaudos yra palankios PVDF.
Aukšto{0}}slėgio paslauga.PVDF turi didesnį mechaninį stiprumą nei PTFE ir gali atlaikyti didesnį slėgį. Oksiduojančios rūgšties eksploatavimui esant didesniam nei 5 bar slėgiui, PVDF gali būti vienintelis tinkamas pasirinkimas.
Ne{0}}kritinė paslauga.Kai šilumokaitis nėra labai svarbus procesui ir pakeitimo kaina yra priimtina, PVDF užtikrina tinkamą veikimą mažesnėmis sąnaudomis.
Trumpas tarnavimo laikas.Kai tikimasi, kad šilumokaičio tarnavimo laikas yra 5 metai ar mažiau, PVDF yra tinkamas ir pigesnis.
Kai PTFE yra geresnis pasirinkimas
PTFE yra geresnis pasirinkimas keliose konkrečiose programose.
Aukštos{0}}temperatūros paslauga.Esant aukštesnei nei 60 laipsnių temperatūrai, PTFE geriau atsparus oksiduojančioms rūgštims nei PVDF, o tarnavimo laikas yra ilgesnis.
Didelės{0}}koncentracijos paslauga.Kai koncentracija viršija 30%, PTFE geriau atsparus oksiduojančioms rūgštims nei PVDF.
Perchloro rūgšties paslauga.PTFE yra vienintelis gyvybingas fluoropolimeras perchloro rūgšties naudojimui, nes PVDF yra atakuojamas esant žemai koncentracijai ir žemai temperatūrai.
Ilgo tarnavimo laiko reikalavimas.Kai tikimasi, kad šilumokaičio tarnavimo laikas yra 10 ar daugiau metų, PTFE yra geresnis pasirinkimas, nes jis ilgiau atsparus cheminei atakai.
Kritinė paslauga.Kai šilumokaitis yra labai svarbus procesui ir prastovų sąnaudos yra didelės, PTFE yra geresnis pasirinkimas, nes jo gedimo tikimybė mažesnė.
Dizaino savybės, kurios prailgina tarnavimo laiką
Kai kurios konstrukcijos ypatybės prailgina PTFE ir PVDF šilumokaičių tarnavimo laiką oksiduojančios rūgšties eksploatacijoje.
Žemesnė darbinė temperatūra.Sumažinus darbinę temperatūrą, sumažėja oksidacijos greitis ir pailgėja abiejų medžiagų tarnavimo laikas.
Mažesnė koncentracija.Sumažinus rūgšties koncentraciją, sumažėja oksidacijos greitis ir pailgėja tarnavimo laikas.
Srauto greičio valdymas.Išlaikant vidutinį srauto greitį, sumažėja ribinio sluoksnio storis ir oksiduojančių medžiagų koncentracija vamzdžio paviršiuje.
Numatykite{0}}valymo nuostatas.Valymo tirpalo padavimo ir grąžinimo jungtys leidžia valyti šilumokaitį jo neišardant, o tai sumažina prastovos laiką ir gamybos nuostolius.
Temperatūros stebėjimas.Temperatūros jutikliai prie šilumokaičio įėjimo ir išleidimo angų leidžia stebėti šilumos perdavimo efektyvumą, o tai leidžia anksti aptikti užsiteršimą ar gedimą.
Oksidacinės rūgšties aptarnavimo specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, vertinantys PTFE ir PVDF šilumokaičius oksiduojančių rūgščių aptarnavimui, turėtų su tiekėju patvirtinti šiuos parametrus.
Rūgščių chemija.Nurodykite rūgšties sudėtį, įskaitant koncentraciją ir teršalus.
Darbinė temperatūra.Nurodykite maksimalią darbinę temperatūrą ir numatomą temperatūros profilį.
Darbinis slėgis.Nurodykite didžiausią darbinį slėgį.
Šilumos apkrova ir paviršiaus plotas.Kiekvienam medžiagos variantui nurodykite šilumos apkrovą ir reikalingą paviršiaus plotą.
Cheminis suderinamumas.Patvirtinkite, kad medžiaga yra suderinama su konkrečia rūgštimi esant darbo temperatūrai ir koncentracijai.
Tarnavimo trukmės reikalavimas.Nurodykite numatomą tarnavimo laiką ir keitimo grafiką.
Priežiūros galimybės.Nurodykite įrenginio techninės priežiūros galimybes, įskaitant galimybę remontuoti šilumokaitį vietoje.
Gamybos vertė ir prastovos sąnaudos.Pateikite produkcijos vertę ir prastovų sąnaudas, kad bendrą nuosavybės sąnaudų analizę būtų galima pritaikyti įrenginiui.
Medžiagos parinkimo suderinimas su oksiduojančios rūgšties naudojimo sąlygomis
PTFE ir PVDF šilumokaičių pasirinkimas oksiduojančių rūgščių eksploatacijoje priklauso nuo rūgšties chemijos, temperatūros, koncentracijos ir eksploatavimo trukmės reikalavimų. PVDF turi mažesnes kapitalo sąnaudas ir didesnį mechaninį stiprumą, tačiau jis yra jautresnis oksidacijai esant aukštesnei temperatūrai ir didelei koncentracijai. PTFE turi didesnes kapitalo sąnaudas, bet ilgesnį tarnavimo laiką naudojant agresyvią oksiduojančią rūgštį.
Pasirinkimo sprendimas turėtų būti pagrįstas konkrečia įrenginio{0}}analize, apimančia kapitalo sąnaudas, priežiūros išlaidas ir gamybos nuostolius. Paprastas skaičiuoklės modelis su šiais išlaidų komponentais suteikia informaciją, reikalingą sprendimui priimti.
Oksiduojančių rūgščių aptarnavimo įrenginiams, vertinantiems šilumokaičio galimybes, medžiaga turėtų būti parinkta atsižvelgiant į bendrąsias eksploatavimo išlaidas per numatomą tarnavimo laiką, o ne tik į kapitalo sąnaudas. PVDF įrenginio, kurio kapitalo sąnaudos yra mažesnės, eksploatavimo išlaidos gali būti didesnės, jei jį reikia keisti dažniau.
Įrangos inžinieriai ir pirkimų specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas oksiduojančiai rūgščiai ar kitoms korozinėms paslaugoms, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios rūgšties chemiją, darbinę temperatūrą, darbinį slėgį, cheminį suderinamumą ir eksploatavimo trukmės reikalavimus, kad patvirtintų, jog medžiagos pasirinkimas atitinka faktines įrenginio eksploatavimo sąlygas ir sąnaudų struktūrą.
