Kaitinant aukštu -slėgiu organiniu tirpikliu (pvz., toluenu, acetonu, heksanu, esant 5–20 barų slėgiui, 100–200 laipsnių), grublėtas PFA paviršius (Ra 1,0–1,5 µm) dažnai pranoksta lygų paviršių (Ra < 0,2 µm) 2–3 × branduolio virimo stabilumu ir šilumos perdavimo stabilumu. Mechanizmas yra burbuliukų formavimosi kontrolė: lygūs paviršiai slopina burbuliukų susidarymą, todėl perkaista ir staigiai smarkiai užvirsta (dūžtant). Grubus paviršius užtikrina kontroliuojamas branduolių susidarymo vietas, skatinančias stabilų, mažų{14}}burbuliukų virimą su didesniu šilumos perdavimo koeficientu. Be to, grublėtas paviršius atsparus tirpiklio sukeltam išsipūtimui, nes mechaninį PFA ir metalinės šerdies susijungimą sustiprina šiurkštus vidinis paviršius (jei prieš ekstruziją nuvalytas smėliasrove). Organiniams tirpikliams, kurie blogai drėkina PFA (kontaktinis kampas > 90 laipsnių), grublėtas paviršius pagerina drėgmę ir sumažina plėvelės virimo riziką. Siekiant geriausių rezultatų, sukibimui nurodykite smėliasrove apteptą išorinį paviršių (Ra 1,0–1,5 µm) ir chemiškai išgraviruotą vidinį paviršių.
Branduolių virimas ir paviršiaus šiurkštumas
Organiniuose tirpikliuose, kaitinamuose esant slėgiui, šilumos srautas dažnai yra pakankamai didelis, kad PFA paviršiuje užvirtų. Ant lygaus paviršiaus burbuliukų susidarymui reikalingas didelis perkaitimas (ΔT=10–30 laipsnių virš virimo temperatūros). Susidaręs burbulas išauga didelis ir lėtai atsiskiria, sukeldamas vietinius temperatūros šuolius. Ant grublėto paviršiaus mikro-ertmės (5–20 µm) sulaiko garus ir veikia kaip nuolatinės branduolių susidarymo vietos. Burbuliukai susidaro esant žemesniam perkaitimui (2–5 laipsniai), yra mažesni ir dažniau atsiskiria, o tai pagerina šilumos perdavimą. Šilumos perdavimo koeficientas h gali būti 50–100% didesnis ant grublėto paviršiaus esant tokiam pat šilumos srautui.
Toluenui esant 150 laipsnių, 10 barų: Lygus PFA (Ra 0,1 µm) rodo plėvelę, verdančią esant 8 W/cm² ir ΔT=40 laipsnį. Grubus PFA (Ra 1,2 µm) palaiko branduolio virimą iki 15 W/cm² esant ΔT=15 laipsniui.
Aukšto slėgio organinių tirpiklių{0}} našumo palyginimas
| Tirpiklis | Slėgis (baras) | Temperatūra ( laipsnis ) | Paviršiaus apdaila | Kritinis šilumos srautas (W/cm²) | Šilumos perdavimo koeficientas (W/m²·K) | Virimo režimas | Santykinis gyvenimas |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Toluenas | 10 | 150 | Lygus (0,1) | 6–8 | 1,500–2,000 | Film boiling at >6 | 1.0x |
| Toluenas | 10 | 150 | Grubus (1,2) | 12–15 | 3,000–4,000 | Branduolis iki 12 | 2.5x |
| Acetonas | 8 | 120 | Sklandžiai | 5–7 | 1,800–2,500 | Bumbėjimas | 1.0x |
| Acetonas | 8 | 120 | Grubus | 10–12 | 3,500–5,000 | Stabilūs burbuliukai | 2.8x |
| Heksanas | 5 | 100 | Sklandžiai | 4–6 | 1,200–1,800 | Smarkus virimas | 0.8x |
| Heksanas | 5 | 100 | Grubus | 8–10 | 2,500–3,500 | Kontroliuojamas | 2.2x |
| Etanolis | 12 | 180 | Sklandžiai | 7–9 | 2,000–2,500 | Perkaitimas | 1.2x |
| Etanolis | 12 | 180 | Grubus | 14–16 | 4,000–5,500 | Stabilus | 2.5x |
Mechaninis blokavimas sukibimui
Vidinis PFA apvalkalo paviršius (prieš metalinę šerdį) taip pat turi naudos dėl šiurkštumo. Metalinės šerdies smėliasrove iki Ra 2–4 µm prieš PFA ekstruziją sukuria mechaninį blokavimą. PFA patenka į paviršiaus asperitetus, prisirišdamas. Aukšto slėgio organiniuose tirpikliuose skystis gali šiek tiek išpūsti PFA (0,5–2 % tūrio padidėjimas). Lygi sąsaja (Ra < 0,5 µm) gali išsisluoksniuoti esant brinkimui. Grubi sąsaja (Ra > 2 µm) palaiko sukibimą, nes PFA yra užfiksuotas įdubose. Tai labai svarbu ilgalaikiam{13}}patikimumui užtikrinti.
Norėdami pasiekti maksimalų našumą, nurodykite:
Išorinis paviršius: Smėliasrove iki Ra 1,0–1,5 µm (burbulo formavimui)
Vidinis paviršius (metalinė šerdis): Smėliasrove iki Ra 2,5–4,0 µm (sukibimui)
Metalinis šerdies paviršius: chemiškai išgraviruotas po smėliavimo, kad būtų pašalintos birios dalelės ir susidarytų nano{0}}poringumas
Kai lygus paviršius geresnis
Lygūs PFA paviršiai vis dar teikiami pirmenybė:
Ne{0}}verdantis, vienfazis{1}}kaitinimas: Nėra burbuliukų, todėl šiurkštumas tik padidina užsiteršimą.
Aukšto{0}}grynumo paslauga: Nelygūs paviršiai sulaiko teršalus ir yra sunkiau valomi.
Kristalizuojantys arba pleiskanojantys skysčiai: Apnašos stipriai prilimpa prie šiurkščių paviršių.
Žemo{0}}slėgio tarnyba (<2 bar)kur virimas nekelia rūpesčių.
Lauko pavyzdys
Farmacinis reaktorius kaitino tolueną iki 150 laipsnių, 10 barų, naudojant lygų PFA šildytuvą. Šildytuvas patyrė stiprų smūgių – staigių garų sprogimų – po 6 mėnesių temperatūros svyravimus ±15 laipsnių ir PFA įtrūkimų. Gamykla perėjo į grublėtą PFA šildytuvą (Ra 1,3 µm išorė, Ra 3 µm šerdis). Triukšmas nustojo, temperatūros kontrolė pagerėjo iki ±2 laipsnių, o šildytuvas veikė 3+ metų. Smėliavimas pridėjo 100 USD prie šildytuvo kainos (15% priemoka). Sutaupytos lėšos dėl pašalintų prastovų atsipirko per 2 mėnesius.
Apžiūra ir priežiūra
Jei naudojate grublėtus šildytuvus, patikrinkite, ar:
Užteršimas: Nelygūs paviršiai sulaiko nuosėdas. Valykite minkštu šepetėliu ir švelniu tirpikliu (jokių abrazyvinių medžiagų, kurios išlygintų paviršių).
Paviršiaus nusidėvėjimas: Laikui bėgant (3–5 metai) erozija gali išlyginti viršūnes. Jei Ra nukrenta žemiau 0,8 µm, iš naujo-smėliuokite arba pakeiskite.
Sukibimo testas: Periodiškai tikrinkite izoliacijos varžą. Lašas rodo delaminaciją grubioje sąsajoje – retai.
Išvada: grublėtas paviršius pagerina virimą ir sukibimą
Šildant aukštu -slėgiu organiniu tirpikliu (5–20 barų, 100–200 laipsnių), PFA šildytuvas su grublėtu smėliasrove padengtu paviršiumi (Ra 1,0–1,5 µm) 2–3 kartus lenkia lygų paviršių stabiliu branduolių virimu, didesniu kritiniu šilumos srautu ir atsparumu smūgiams. Grubus išorinis paviršius užtikrina kontroliuojamas burbuliukų susidarymo vietas; grubus vidinis paviršius pagerina sukibimą su tirpiklio{10}}sukeliamu patinimu. Nurodykite smėliasrove apdorotą PFA bet kuriam organinio tirpiklio procesui, kuriame vyksta virimas. Nevirinant, žemo slėgio ar didelio grynumo, sklandžiai išlieka geriau. Suderinkite paviršių prie darbo. Verdant reikia iškilimų. Nelygumams reikia smėlio. Nušlifuokite paviršių, virkite stabiliai, ilgai tarnauja. Organikoje šiurkštumas yra tvirtas. Lygus yra slidus – ir slysta į plėvelės virimą. Rinkitės grubius.
