Chemijos gamykla užsakė du PTFE panardinamus šildytuvus identiškoms marinavimo talpykloms. Viename buvo 1,5 mm PTFE įdėklas. Kitas turėjo 2,5 mm įdėklą. Abu buvo skirti tokiai pačiai galiai ir įtampai. Po aštuoniolikos mėnesių plonas{6}}pamušalas vis dar veikė gerai. Storas-pamušalas sugedo-ne dėl prasiskverbimo, o dėl vietinio perkaitimo. Storesnis įdėklas pridėjo pakankamai šiluminės varžos, kad apvalkalo temperatūra būtų pakelta į skilimo diapazoną.
Įdėklo storis yra vienas iš svarbiausių sprendimų PTFE panardinamojo šildytuvo specifikacijose ir vienas iš mažiausiai suprantamų. Storesnis pamušalas užtikrina ilgesnį prasiskverbimo kelią ir geresnį mechaninį patvarumą. Tačiau tai taip pat padidina šiluminę varžą, padidindama apvalkalo temperatūrą bet kokiam vatų tankiui. Optimalus storis subalansuoja šiuos konkuruojančius efektus.
PTFE įdėklo šiluminė varža
Šiluma turi kirsti PTFE įdėklą, kol pasiekia proceso skystį. Įdėklo šiluminė varža yra proporcinga jo storiui ir atvirkščiai proporcinga šilumos laidumui. PTFE esant 0,25 W/m·K, 1,5 mm įdėklas sumažina temperatūrą maždaug 6 laipsniais esant 1,0 W/cm². 2,5 mm įdėklas prideda maždaug 10 laipsnių. 3,5 mm įdėklas padidina maždaug 14 laipsnių.
Šie temperatūros kritimai prisideda prie konvekcinio kritimo ant apvalkalo paviršiaus ir vidinių MgO ir metalinių elementų kritimų. Bendras apvalkalo-ir -tūrio tarpas lemia faktinę polimero darbo temperatūrą.
| Pamušalo storis | Šiluminis atsparumas | Apvalkalo ΔT esant 1,0 W/cm² | Apvalkalo ΔT esant 1,5 W/cm² | Santykinis prasiskverbimo kelias |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Žemas | 4 laipsnis | 6 laipsnis | Trumpas |
| 1,5 mm | Vidutinis | 6 laipsnis | 9 laipsnis | Vidutinis |
| 2,0 mm | Vidutinis – didelis | 8 laipsnių | 12 laipsnių | Ilgas |
| 2,5 mm | Aukštas | 10 laipsnių | 15 laipsnių | Ilgiau |
| 3,0 mm | Labai aukštas | 12 laipsnių | 18 laipsnių | Ilgiausias |
Įprasto PTFE įdėklo storio šiluminė varža ir prasiskverbimo kelias
Permeation Trade-Off
Storesnis įdėklas sulėtina prasiskverbimą padidindamas difuzijos kelio ilgį. Jei vienintelis dėmesys būtų skiriamas pralaidumui, storiausias įdėklas visada būtų geriausias. Tačiau storesnis įdėklas pakelia apvalkalo temperatūrą, o aukštesnė temperatūra pagreitina prasiskverbimą. Abu efektai veikia vienas prieš kitą.
Esant tam tikram vatų tankiui, yra optimalus storis, kuris sumažina bendrą prasiskverbimo greitį. Žemiau tokio storio prasiskverbimo kelias yra per trumpas. Virš šio storio temperatūros{2}}varomas pagreitis nusveria kelio-ilgio naudą.
Praktiškai optimalus storis priklauso nuo temperatūros ir chemijos. Vidutinės temperatūros (50–70 laipsnių) eksploatavimui esant švelniai agresyviai chemijai, 1,5–2,0 mm įdėklas užtikrina gerą pusiausvyrą. Aukštesnės-temperatūros (70–90 laipsnių) arba agresyvesnės cheminės medžiagos atveju tinkamas 2,0–2,5 mm įdėklas, jei sumažinamas vatų tankis, kad apvalkalo temperatūra būtų saugi.
| Aptarnavimo būklė | Rekomenduojamas įdėklo storis | Vatų tankio riba | Numatomas tarnavimo laikas |
|---|---|---|---|
| <60°C, mild chemistry | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,6 W/cm² | 5-8 metai |
| 60–70 laipsnių, vidutinė chemija | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | 3-5 metai |
| 70–80 laipsnių, agresyvi chemija | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | 2-4 metai |
| 80–90 laipsnių, labai agresyvus | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | 1,5-3 metai |
| >90 laipsnių arba HF-turinčių | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | 1-2 metai |
Įdėklo storio rekomendacijos pagal eksploatavimo sąlygas
Mechaninio patvarumo svarstymai
Storesnis įdėklas geriau atsparus mechaniniams pažeidimams nei plonas. Cisternuose, kuriuose ruošiniai ar stelažai gali liestis su šildytuvu arba kur valant reikia šepečiu ar grandyti, storesnis įdėklas apsaugo nuo įbrėžimų ir trinties.
Plonas įdėklas yra labiau pažeidžiamas smūgių. 1,0 mm įdėklo įdubimas gali prasiskverbti pusiaukelėje per polimerą ir sukurti silpną vietą, kuri gali įtrūkti veikiant šiluminiam ciklui. Toks pat smūgis ant 2,5 mm įdėklo gali palikti tik paviršiaus žymę.
Storesnio įdėklo mechaninio patvarumo pranašumai yra tikri, tačiau jie turi būti subalansuoti su šiluminiu poveikiu. Tais atvejais, kai tikėtini mechaniniai pažeidimai, geriausias kompromisas gali būti storesnis įdėklas su mažesniu vatų tankiu.
Įdėklo storio ir vatų tankio suderinimas
Įdėklo storis ir vatų tankis turi būti parinkti kartu. Storas įdėklas su dideliu vatų tankiu sukuria nepriimtinai aukštą apvalkalo temperatūrą. Plonas įdėklas su mažu vatų tankiu yra termiškai efektyvus, tačiau gali neužtikrinti pakankamai atsparumo prasiskverbimui esant agresyviai chemijai.
Praktinis metodas yra pirmiausia pasirinkti įdėklo storį, atsižvelgiant į chemiją ir temperatūrą, tada pasirinkti vatų tankį, kad apvalkalo temperatūra būtų saugiame to storio diapazone. 2,5 mm įdėklas, esant 1,0 W/cm², gali veikti esant tokiai pačiai apvalkalo temperatūrai kaip ir 1,5 mm įdėklas, esant 1,4 W/cm², tačiau storesnis įdėklas užtikrina didesnį atsparumą prasiskverbimui ir mechaninį patvarumą.
| Pamušalo storis | Maksimalus apvalkalo vatų tankis<100°C | Maksimalus apvalkalo vatų tankis<110°C | Geriausia programa |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² | Žemos{0}}temperatūros, švarūs skysčiai |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | Vidutinis aptarnavimas |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | Dauguma dengimo vonių |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | Agresyvi chemija |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | HF, aukštos{0}}tempos paslauga |
Įdėklo storio ir vatų tankio deriniai užtikrina saugią apvalkalo temperatūrą
Kai standartinio storio nepakanka
Kai kurioms programoms reikalingas įdėklo storis arba vatų tankio deriniai, kurių standartiniai šildytuvai nesiūlo. Bakui su labai agresyvia chemine medžiaga esant aukštai temperatūrai gali prireikti 3,0 mm įdėklo esant 0,8 W/cm²-; derinys reikalauja didelio paviršiaus ploto ir tinkintos konfigūracijos.
Pasirinkta PTFE panardinamojo šildytuvo konfigūracija leidžia optimizuoti įdėklo storį ir vatų tankį pagal konkrečią paskirtį. Specifikacijos procesas reikalauja vonios chemijos, darbinės temperatūros, mechaninių rizikos veiksnių ir reikalingos galios. Įrenginiams, kuriuose yra daug pastangų, šis metodas subalansuoja patvarumą ir šilumos perdavimą tiksliau nei standartinių gaminių pasirinkimas.
