Πώς επηρεάζουν οι διαλύτες με βάση το βιολογικό-την επιλογή υλικού για τα παρεμβύσματα εναλλάκτη φθοριοπολυμερών;

Οι εναλλάκτες θερμότητας που χειρίζονται πιο πράσινους, βιολογικούς-διαλύτες πρέπει να αλλάξουν μαζί με τη χημική βιομηχανία. Ενώ παρουσιάζεται μια κάπως διαφορετική αλληλεπίδραση με τα ελαστομερή παρεμβύσματα που σφραγίζουν έναν εναλλάκτη φθοροπολυμερούς, ένα υποκατάστατο για το τολουόλιο, το τετραϋδροφουράνιο ή το διχλωρομεθάνιο μπορεί να παρέχει συγκρίσιμη απόδοση της διαδικασίας. Η σκληρότητα της φλάντζας, η διόγκωση και η μακροπρόθεσμη δύναμη σφράγισης μπορούν όλα να επηρεαστούν ακόμη και από μικρές αλλαγές στη συγγένεια του διαλύτη.

Η επαλήθευση του κατά πόσον τα παραδοσιακά αξιόπιστα υλικά στεγανοποίησης εξακολουθούν να είναι συμβατά με τη νεότερη γενιά ανανεώσιμων διαλυτών είναι μια νέα μηχανική πρόκληση που προκαλείται από τη στροφή προς τη βιώσιμη χημεία.

Η αυξημένη σημασία της επιλογής φλάντζας εναλλάκτη φθοριούχων πολυμερών με συμβατότητα διαλύτη με βιολογικό τρόπο αντικατοπτρίζει την ευρύτερη προσπάθεια της βιομηχανίας προς χημικές διεργασίες χαμηλής-τοξικότητας και βιολογικής-προέλευσης.

Γιατί οι διαλύτες με βάση το βιολογικό-συμπεριφέρονται διαφορετικά
Πολλοί σύγχρονοι βιώσιμοι διαλύτες κατασκευάζονται για να έχουν παρόμοια απόδοση με τους παραδοσιακούς πετροχημικούς διαλύτες, ενώ έχουν μικρότερη δυσμενή επίδραση στο περιβάλλον ή είναι δηλητηριώδεις.

Τα παραδείγματα αποτελούνται από:

2-MeTHF, ή μεθυλοτετραϋδροφουράνιο

Κυκλοπεντυλομεθυλαιθέρας (CPME)

Γαλακτικό αιθύλιο

Ανθρακικό διμεθύλιο

Εστέρες που παράγονται από βιομάζα

Διαλύτες με βάση τα τερπένια

Παρά το γεγονός ότι αυτά τα υλικά μπορούν να υποκατασταθούν απευθείας στις τρέχουσες διεργασίες, οι μοριακές δομές τους συχνά διαφέρουν από αυτές των διαλυτών που αντικαθιστούν.

Η συμβατότητα της φλάντζας επηρεάζεται από μια σειρά χημικών ιδιοτήτων:

Πολικότητα μορίων

Χημεία λειτουργικών ομάδων

Διάχυση διαλυτών

Μοριακές διαστάσεις

Συμπεριφορά δεσμών υδρογόνου

Αυτές οι παραλλαγές μπορεί να επηρεάσουν τη διείσδυση ή την αλληλεπίδραση του διαλύτη με ελαστομερή υλικά στεγανοποίησης.

Ως χημική ουσία, ένας πράσινος διαλύτης πρέπει να περιέχεται σταθερά στον εναλλάκτη.

Οι λόγοι για τους οποίους οι φλάντζες είναι πιο επικίνδυνες από το PTFE
Οι κύριες διαβρεγμένες επιφάνειες των εναλλάκτη θερμότητας φθοροπολυμερούς είναι συχνά κατασκευασμένες από PTFE ή παρόμοια φθοροπολυμερή. Γενικά, το PTFE εξακολουθεί να είναι ανθεκτικό σε όλους σχεδόν τους οργανικούς διαλύτες και τις σκληρές χημικές ουσίες.

Τα συστήματα φλάντζας, ωστόσο, είναι πιο περίπλοκα.

Πολλά συγκροτήματα φλάντζας εναλλάκτη συνδυάζουν διαφορετικά υλικά, όπως:

Φλάντζες για φακέλους PTFE

Πυρήνες Viton

Ελαστομερή από EPDM

Υποστηρίγματα σιλικόνης

Γεμίσματα PTFE που διογκώνονται

Το εξωτερικό στρώμα PTFE μπορεί να παρέχει χημική θωράκιση, αλλά ο εσωτερικός ελαστομερής πυρήνας εξακολουθεί να ελέγχει τη συμπιεστότητα και την ελαστικότητα στεγανοποίησης.

Με την πάροδο του χρόνου, το ελαστομερές από κάτω μπορεί να διογκωθεί, να μαλακώσει, να συρρικνωθεί ή να σκληρύνει εάν τα μόρια του διαλύτη διαρρεύσουν μέσω μικροσκοπικών ελαττωμάτων, ραφών ή εκτεθειμένων επιφανειών.

Η επίδραση της διόγκωσης του διαλύτη στην απόδοση της φλάντζας
Όταν τα μόρια του διαλύτη διαπερνούν τη δομή του ελαστομερούς και διαστέλλουν φυσικά το υλικό, λαμβάνει χώρα διόγκωση του παρεμβύσματος.

Το μέτριο πρήξιμο μπορεί αρχικά να βελτιώσει τη δύναμη στεγανοποίησης, αλλά η υπερβολική απορρόφηση συχνά δημιουργεί σημαντικές μακροπρόθεσμες-δυσκολίες.

Οι πιθανές επιπτώσεις περιλαμβάνουν:

Απώλεια αντοχής σε συμπίεση

Μαλάκωμα του πυρήνα της φλάντζας

Παραμόρφωση που είναι μόνιμη

Διώθηση που προκαλείται από-πίεση

μειωμένη συγκράτηση του φορτίου του μπουλονιού

Διαρροή στεγανοποίησης κατά τη διάρκεια της θερμικής ανακύκλωσης

Αντίθετα, ορισμένοι διαλύτες μπορεί να εξάγουν πλαστικοποιητές ή πρόσθετα από ελαστομερή, προκαλώντας συρρίκνωση και ευθραυστότητα αντί για διόγκωση.

Οποιαδήποτε περίπτωση μπορεί να βλάψει την ακεραιότητα της στεγανοποίησης.

Δυσκολίες Viton και EPDM σε διαλύτες με βάση το βιολογικό-
Λόγω της μεγάλης χημικής αντοχής τους στους υδρογονάνθρακες και τους χλωριωμένους διαλύτες, τα φθοροελαστομερή όπως το Viton χρησιμοποιούνταν συχνά εκτενώς στις παραδοσιακές υπηρεσίες διαλυτών.

Ωστόσο, ορισμένοι πιο πρόσφατοι βιολογικοί-διαλύτες έχουν χημεία εστέρα ή οξυγονωμένες λειτουργικές ομάδες που αλληλεπιδρούν με δίκτυα ελαστομερών με ασυνήθιστους τρόπους.

Μεταβλητότητα στην απόδοση Viton
Ιστορικά, τα παρεμβύσματα περιβλήματος PTFE με πυρήνες Viton έχουν δείξει καλή απόδοση σε μια ποικιλία συστημάτων διαλυτών. Ωστόσο, ορισμένοι βιολογικοί διαλύτες-μπορεί να μαλακώσουν το συστατικό Viton πιο δυνατά από ό,τι αναμενόταν, ειδικά όταν αυξάνεται η πολικότητα ή η περιεκτικότητα σε εστέρα.

Αυτή η συμπεριφορά θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα:

Μειωμένη σκληρότητα

Σετ συμπίεσης

Πρήξιμο

Αστάθεια της σφράγισης υπό φορτίο

Διαφορές συμβατότητας EPDM
Το EPDM μπορεί να αντιδράσει δυσμενώς με ορισμένους οργανικούς διαλύτες, αλλά συνήθως λειτουργεί καλά σε πολικά υγρά και σε συστήματα με βάση το νερό-.

Καθώς επεκτείνεται η βιώσιμη χημεία διαλυτών, οι υποθέσεις συμβατότητας που βασίζονται σε συμβατικούς πετροχημικούς διαλύτες γίνονται λιγότερο αξιόπιστες.

Δοκιμή για συμβατότητα με το ASTM D471
Το ASTM D471 είναι η τυπική εργαστηριακή διαδικασία για την αξιολόγηση της συμβατότητας καουτσούκ και ελαστομερών.

Αυτή η μέθοδος δοκιμής αναλύει πώς ένα υλικό αλλάζει μετά από ελεγχόμενη βύθιση σε ένα χημικό ρευστό.

Τα τυπικά κριτήρια αξιολόγησης περιλαμβάνουν:

Διόγκωση όγκου

Αλλαγή σκληρότητας

Διακύμανση της αντοχής σε εφελκυσμό

Αλλαγή βάρους

Υποβάθμιση της εμφάνισης

Εάν ένα υλικό φλάντζας διογκωθεί ή μαλακώσει πάρα πολύ σε ένα νέο περιβάλλον διαλύτη, μπορεί να προσδιοριστεί αμέσως χρησιμοποιώντας μια απλή δοκιμή εμβάπτισης.

Η δοκιμή ASTM D471 εκτελείται όλο και περισσότερο για υλικά που είχαν δεκαετίες αποδεδειγμένης ιστορίας σέρβις με παλαιότερους διαλύτες, επειδή πολλοί βιώσιμοι διαλύτες είναι σχετικά νέοι στη βιομηχανική επεξεργασία.

Θέματα διαπερατότητας PTFE
Ωστόσο, η διείσδυση μπορεί να συμβεί σε ορισμένες περιπτώσεις, παρόλο που το PTFE θεωρείται ότι είναι χημικά αδρανές σε σχεδόν όλους τους οργανικούς διαλύτες.

Ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες ή παρατεταμένους χρόνους έκθεσης, μικρά μόρια διαλύτη μπορεί να διαχέονται αργά μέσω δομών φθοροπολυμερούς.

Το ίδιο το PTFE δεν βλάπτεται πάντα από τη διείσδυση, αν και μπορεί να επιτρέψει την αλληλεπίδραση του διαλύτη με:

Πυρήνες φλάντζας εσωτερικά

στρώματα οπλισμού

Δευτερεύοντα υλικά για σφράγιση

Επομένως, ακόμη και όταν οι επιφάνειες από PTFE φαίνονται χημικά αδιαπέραστες, η συμβατότητα της πλήρους διάταξης φλάντζας εξακολουθεί να είναι ζωτικής σημασίας.

Η ανάγκη για αλλαγή βάσεων δεδομένων συμβατότητας
Η εμπειρία δεκαετιών με τους παραδοσιακούς πετροχημικούς διαλύτες οδήγησε στην ανάπτυξη πολυάριθμων δημοσιευμένων πινάκων χημικής συμβατότητας.

Η βιώσιμη χημεία διαλυτών αναπτύσσεται τώρα ταχύτερα από ορισμένες από τις τρέχουσες βάσεις δεδομένων αναφοράς.

Οι οικογένειες νέων διαλυτών συχνά στερούνται:

Δεδομένα για τη μακροπρόθεσμη-γήρανση

Μελέτες διείσδυσης

Εγγραφές συμβατότητας σε υψηλές-θερμοκρασίες

Αποτελέσματα μικτής-έκθεσης σε διαλύτες

Επικύρωση θερμικού κύκλου

Αυτό σημαίνει ότι αντί να εξαρτώνται μόνο από προηγούμενα τεκμήρια, οι κατασκευαστές εναλλάκτη και οι τελικοί χρήστες έχουν τώρα μια επιπλέον ανάγκη να επιβεβαιώσουν τη συμβατότητα μέσω πειραματισμού.

Κατά τη διάρκεια της πιστοποίησης της διαδικασίας και των προδιαγραφών εξοπλισμού, η πιστοποιημένη τεκμηρίωση συμβατότητας γίνεται όλο και πιο σημαντική.

Τάσεις στην Επιλογή Υλικού Εναλλάκτη Φθοροπολυμερών
Η βιομηχανική απόκριση στην ανάπτυξη της χημείας των διαλυτών επηρεάζει ήδη τα σχέδια υλικών παρεμβυσμάτων.

Εμφανίζονται διάφορες τάσεις:

Αυξημένη χρήση πλήρως ενθυλακωμένων παρεμβυσμάτων
Πιο επιθετικά συστήματα διαλυτών κεντρίζουν το ενδιαφέρον για πλήρως ενθυλακωμένα σχέδια παρεμβυσμάτων PTFE που μειώνουν την έκθεση στα ελαστομερή.

Αυξημένη επικύρωση στο εργαστήριο
Αντί για τη χρήση διαλυτών αναφοράς ενός-συστατικού για δοκιμές χημικής συμβατότητας, χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο πραγματικά μείγματα διεργασιών.

Προσαρμοσμένα μείγματα ελαστομερών
Οι προμηθευτές φλάντζας δημιουργούν τροποποιημένες ενώσεις φθοροελαστομερούς και EPDM σχεδιασμένες για αντοχή σε ανανεώσιμους διαλύτες.

Απαιτήσεις πιστοποίησης ισχυρότερου προμηθευτή
Οι τελικοί χρήστες ζητούν όλο και περισσότερο:

Δεδομένα ASTM D471

Μακροπρόθεσμες-μελέτες εμβάπτισης

Επικύρωση θερμικής γήρανσης

Αποτελέσματα δοκιμής διείσδυσης

Η εστίαση μετατοπίζεται από τις γενικές υποθέσεις συμβατότητας προς την επικύρωση-συγκεκριμένης εφαρμογής.

Η ευρύτερη επίδραση στον σχεδιασμό του εξοπλισμού διεργασιών
Η συζήτηση σχετικά με την επιλογή φλάντζας εναλλάκτη φθοροπολυμερούς για συμβατότητα με βιολογικά-διαλύτες αντικατοπτρίζει μια ευρύτερη αλλαγή που λαμβάνει χώρα στη βιομηχανία χημικής επεξεργασίας.

Τα υλικά του εξοπλισμού πρέπει πάντα να αλλάζουν καθώς η βιώσιμη χημεία προχωρά σε:

Χαρακτηριστικά πολικότητας νέων διαλυτών

Τροποποίηση της συμπεριφοράς της εξαγωγής

Διάφορα χαρακτηριστικά διείσδυσης

Νέες απαιτήσεις για θερμική σταθερότητα

Ακόμη και μικρές αλλαγές στη χημεία της διαδικασίας μπορεί να προκαλέσουν απρόβλεπτες αλληλεπιδράσεις με σφραγίδες, επιστρώσεις, σωλήνες και εξαρτήματα εναλλάκτη.

Οι εναλλάκτες φθοριοπολυμερών δεν είναι τα μόνα συστήματα που αντιμετωπίζουν αυτή τη δυσκολία, αλλά συχνά λειτουργούν σε δύσκολες συνθήκες όπου ακόμη και μικρές ατέλειες σφράγισης μπορεί να είναι θανατηφόρες.

Εν κατακλείδι
Η μετάβαση σε διαλύτες που βασίζονται σε βιολογικά-σημαδεύει ένα σημαντικό επίτευγμα στη βιώσιμη χημική επεξεργασία, αλλά φέρνει επίσης νέα προβλήματα συμβατότητας υλικών για τα παρεμβύσματα εναλλάκτη θερμότητας φθοριοπολυμερών. Αν και το ίδιο το PTFE είναι σε μεγάλο βαθμό ανθεκτικό στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες, οι ελαστομερείς πυρήνες φλάντζας όπως το Viton και το EPDM μπορεί να ανταποκρίνονται διαφορετικά στους ανανεώσιμους διαλύτες με μεταβαλλόμενη πολικότητα και μοριακή δομή.

Οι δοκιμές εμβάπτισης ASTM D471 γίνονται όλο και πιο σημαντικές για την επιβεβαίωση της απόδοσης της φλάντζας με τους τρέχοντες βιώσιμους διαλύτες, ιδιαίτερα καθώς οι βάσεις δεδομένων συμβατότητας συνεχίζουν να πλησιάζουν το διευρυνόμενο φάσμα εναλλακτικών πράσινων χημείων.

Η αξιόπιστη απόδοση σφράγισης εξαρτάται πλέον από την αυξημένη προσοχή στην επικύρωση του υλικού, τη συμπεριφορά διείσδυσης και τη μακροπρόθεσμη αλληλεπίδραση διαλύτη-.

Κάθε αλλαγή στη χημεία των διεργασιών στη χημική επεξεργασία απαιτεί τελικά μια σχολαστική επαλήθευση των στοιχείων που υποτίθεται ότι την περιέχουν.