Σε ποιες χημικές υπηρεσίες ένας εναλλάκτης θερμότητας γραφίτη έχει καλύτερη απόδοση από μια μονάδα PTFE;

Τόσο ο γραφίτης όσο και το PTFE είναι οι πρωταθλητές στη διαβρωτική μεταφορά θερμότητας, ωστόσο και τα δύο έχουν τα δυνατά τους σημεία. Γνωρίζοντας τις υπηρεσίες όπου ο γραφίτης υπερτερεί του PTFE θα αποτρέψει δαπανηρές εσφαλμένες εφαρμογές. Το PTFE είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό στα χημικά και μηχανικά εύκαμπτο υλικό, αλλά ο γραφίτης έχει ανώτερη θερμική αγωγιμότητα και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας το το υλικό επιλογής για ένα στενό φάσμα διαβρωτικών δραστηριοτήτων. Οι εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη έναντι PTFE είναι καλά κατανοητοί και οι μηχανικοί μπορούν να επιλέξουν την πιο αξιόπιστη και{3}}οικονομική λύση.

Ζεστό θειικό οξύ (70–98%) - Το φρούριο του γραφίτη
Ένα από τα πιο επιθετικά βιομηχανικά χημικά είναι το συμπυκνωμένο ζεστό θειικό οξύ. Ο γραφίτης (εμποτισμένος με φαινολική ή PTFE ρητίνη, αδιαπέραστος τύπος) έχει καλή απόδοση σε αυτό το περιβάλλον έως και 200 ​​βαθμούς. Το υλικό είναι ανθεκτικό τόσο στην οξείδωση όσο και στην αφυδάτωση και διατηρεί τη δομική ακεραιότητα ακόμη και σε υψηλή συγκέντρωση.

Ενώ το PTFE περιορίζεται σε περίπου 110 βαθμούς για παρατεταμένη λειτουργία σε θειικό οξύ. Πάνω από αυτή τη θερμοκρασία, το PTFE εξασθενεί και χάνει τη μηχανική του αντοχή. Επίσης το κενό θερμικής αγωγιμότητας γίνεται κρίσιμο. Απαιτείται αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας για την ψύξη ή τη θέρμανση συμπυκνωμένου οξέος για την αποφυγή τοπικής υπερθέρμανσης ή υποψύξης που μπορεί να επιταχύνει τη διάβρωση ή να προκαλέσει ζημιά στο προϊόν.

Σε εφαρμογές όπως η αραίωση θειικού οξέος, η ψύξη μεταξύ των σταδίων της εγκατάστασης επαφής ή οι μονάδες συγκέντρωσης οξέος, οι εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη είναι συνήθως η μόνη πρακτική μη-μη μεταλλική λύση. Έχουν μεγάλη θερμική αγωγιμότητα και επιτρέπουν συμπαγή σχέδια. Η αντοχή τους στη διάβρωση είναι σταθερή για χρόνια χρήσης.

Υδροχλωρικό οξύ, οργανικά μολυσμένο
Το υδροχλωρικό οξύ είναι πολύ διαβρωτικό για τα περισσότερα μέταλλα σε οποιαδήποτε ποσότητα. Τόσο ο γραφίτης όσο και το PTFE είναι καλά ανεκτά από το καθαρό HCl. Ωστόσο, εάν το οξύ περιέχει οργανικούς ρύπους, όπως χλωριωμένους διαλύτες, έλαια ή υποπροϊόντα αντίδρασης, ο γραφίτης είναι συχνά μια προτιμώμενη επιλογή.

Ο γραφίτης ανθίσταται στο HCl μέχρι το σημείο βρασμού του (110 βαθμούς για αζεοτροπική ισχύ) και δεν επηρεάζεται από ίχνη οργανικών. Το PTFE αντιστέκεται επίσης σε αυτά τα οργανικά αλλά στο μειονέκτημα της χαμηλότερης θερμικής αγωγιμότητας του PTFE. Για μια δεδομένη εργασία, η περιοχή μεταφοράς θερμότητας ενός εναλλάκτη PTFE είναι πολύ μεγαλύτερη. Όπου το υγρό διεργασίας περιέχει κολλώδεις οργανικές ουσίες, τα μεγαλύτερα μήκη σωλήνων και το μεγαλύτερο κέλυφος μιας μονάδας PTFE αυξάνουν την πιθανότητα ρύπανσης και τη δυσκολία καθαρισμού. Ο γραφίτης προσφέρεται σε μορφή συμπαγούς μπλοκ ή κελύφους-και-σωλήνας, που ελαχιστοποιεί τον χρόνο παραμονής και την επιφάνεια για εναπόθεση.

Στην πράξη, για υπηρεσίες HCl με μέτρια έως υψηλά θερμικά φορτία, ο γραφίτης προσφέρει έναν μικρότερο εναλλάκτη με μεγαλύτερη απόκριση που καθαρίζεται και συντηρείται ευκολότερα.

Υπηρεσίες που απαιτούν υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς θερμότητας
Ο γραφίτης έχει θερμική αγωγιμότητα 80–120 W/m·K, αρκετές εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του PTFE (0,25 W/m·K). Ο γραφίτης είναι το υλικό επιλογής όπου η συμπαγής και η μεγάλη θερμική απόδοση είναι κρίσιμες. Το όφελος είναι μέγιστο σε:

Ψύξη ή θέρμανση υγρού υψηλής-ροής - Ο συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας για τον εναλλάκτη υγρού γραφίτη-υγρού είναι συνήθως 600–1200 W/m2·K ενώ για το PTFE είναι 200–400 W/m2·K. Η διάκριση είναι ότι μια μονάδα γραφίτη μπορεί να είναι 2 έως 5 φορές μικρότερη για την ίδια εργασία.

Συμπύκνωση διαβρωτικών ατμών - Απαιτούνται υψηλοί συντελεστές σωλήνων-για τις δραστηριότητες συμπύκνωσης. Η χαμηλή αγωγιμότητα του PTFE είναι μια σοβαρή συμφόρηση λόγω της αντίστασης του φιλμ του υγρού συμπύκνωσης. Ο γραφίτης θα συμπυκνωθεί αποτελεσματικά, συχνά σε λιγότερο από το ένα τρίτο της περιοχής που απαιτείται για μια μονάδα PTFE.

Γρήγορη θέρμανση ή ψύξη κατά παρτίδες - Για λειτουργίες κατά παρτίδες όπου ο χρόνος κύκλου είναι ζωτικής σημασίας, η χαμηλή θερμική μάζα και η ισχυρή θερμική αγωγιμότητα του γραφίτη επιτρέπουν γρήγορες ράμπες θερμοκρασίας. Η αργή απόκριση του PTFE αυξάνει επίσης τον χρόνο του κύκλου.

Η συμπαγής ποσότητα του γραφίτη είναι καθοριστικός παράγοντας σε εφαρμογές όπου ο χώρος είναι υψηλότερος, όπως ολισθήσεις χημικών αντιδραστήρων, φαρμακευτικοί χώροι καθαρισμού ή μετασκευές σε υπάρχοντα κτίρια.

Όταν το PTFE είναι καλύτερο από το γραφίτη (Επιβεβαίωση)
Οποιαδήποτε δίκαιη σύγκριση πρέπει να αναγνωρίζει υπηρεσίες για τις οποίες το PTFE είναι ανώτερο. Το PTFE είναι καλύτερο από τον γραφίτη παρακάτω:

Υπηρεσία Γιατί πρέπει να επιλέξετε PTFE
Ισχυρά οξειδωτικά οξέα (π.χ. συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ, χρωμικό οξύ) Υπό συνθήκες οξείδωσης, ο εμποτισμός της ρητίνης προσβάλλεται προκαλώντας απώλεια αντοχής στη διάβρωση στον αδιαπέραστο γραφίτη. Το PTFE ουσιαστικά δεν είναι-οξειδωτικό.
Καυτά ισχυρά καυστικά (π.χ.. 50% NaOH πάνω από 100 μοίρες ) Καυτά αλκάλια επιτίθενται στον γραφίτη. Το PTFE αντέχει στα καυστικά μέχρι τα όρια θερμοκρασίας του.
Το έλαιο (ατμίζον θειικό οξύ που περιέχει ελεύθερο SO3) Ο γραφίτης αντιδρά με ελεύθερο SO 3 . Το PTFE είναι σταθερό .
Συστήματα με υψηλούς κραδασμούς ή υδάτινα σφυριά Ο γραφίτης είναι εύθραυστος, επομένως ραγίζει. Το PTFE είναι εύκαμπτο, επομένως δέχεται το μηχανικό σοκ.
Μεγάλες ή λειαντικές ουσίες σε υγρά Οι δίοδοι γραφίτη βουλώνουν ή αποικοδομούνται. Οι σωλήνες PTFE μπορούν να λυγίσουν και να περάσουν μέσα από σωματίδια.
Ο γραφίτης θα αντιδράσει με ελαιούχο, καυτά ισχυρά καυστικά ή οξειδωτικά οξέα, π.χ. συμπυκνωμένο νιτρικό. Για αυτές τις υπηρεσίες, PTFE ή άλλα υλικά (π.χ. ταντάλιο, καρβίδιο του πυριτίου) θα πρέπει να διερευνηθούν.

Συνοπτικός Πίνακας: Οδηγίες για τη λήψη απόφασης
Ένας σύντομος οδηγός για την επιλογή γραφίτη ή PTFE για χημική χρήση παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα:

Chemical Service Graphite Performance PTFE Performance Materials
Ζεστό H2SO4 (70-98%, 80-200oC) Εξαιρετική Περιορισμένη θερμοκρασία