Mely vegyipari szolgáltatásokban teljesít jobban a grafit hőcserélő, mint a PTFE egység?

Mind a grafit, mind a PTFE a bajnok a korrozív hőátadásban, de mindkettőnek megvannak a maga erősségei. Ha ismeri azokat a szolgáltatásokat, ahol a grafit felülmúlja a PTFE-t, elkerülheti a költséges téves alkalmazásokat. A PTFE kiváló vegyszerálló és mechanikailag rugalmas anyag, de a grafit kiváló hővezető képességgel és magas hőmérséklettel szembeni ellenálló képességgel rendelkezik, így a korrozív tevékenységek szűk köréhez a választott anyag. A grafit és PTFE hőcserélők jól ismertek, és a mérnökök kiválaszthatják a legmegbízhatóbb és legköltséghatékonyabb{3}}megoldást.

Forró kénsav (70–98%) - A grafit erődje
Az egyik legagresszívebb ipari vegyszer a tömény forró kénsav. A grafit (fenol- vagy PTFE-gyantával impregnált, át nem eresztő típus) jól teljesít ebben a környezetben 200 fokig. Az anyag ellenáll az oxidációnak és a kiszáradásnak, és megőrzi szerkezeti integritását még nagy koncentrációban is.

Míg a PTFE körülbelül 110 fokra korlátozódik a kénsav tartós működéséhez. Ezen hőmérséklet felett a PTFE gyengül és elveszíti mechanikai szilárdságát. A hővezetési rés is kulcsfontosságúvá válik. Hatékony hőátadás szükséges a koncentrált sav hűtéséhez vagy melegítéséhez, hogy elkerüljük a helyi túlmelegedést vagy alulhűtést, amely felgyorsíthatja a korróziót vagy károsíthatja a terméket.

Az olyan alkalmazásokban, mint a kénsav hígítása, az érintkező üzemek szakaszok közötti hűtése vagy a savkoncentrációs egységek, a grafit hőcserélők általában az egyetlen használható nem{1}}fémes megoldás. Kiváló hővezető képességgel rendelkeznek, és kompakt kialakítást tesznek lehetővé. Korrózióállóságuk évekig stabil.

Sósav, Szerves szennyezett
A sósav bármilyen mennyiségben nagyon maró hatású a legtöbb fémre. A grafitot és a PTFE-t is jól tolerálja a tiszta HCl. Ha azonban a sav szerves szennyeződéseket, például klórozott oldószereket, olajokat vagy reakció melléktermékeit tartalmaz, a grafit gyakran előnyös választás.

A grafit a HCl-nek a forráspontjáig ellenáll (110 fok azeotróp szilárdság esetén), és nyomokban szerves anyagok nem befolyásolják. A PTFE szintén ellenáll ezeknek a szerves anyagoknak, de hátránya a PTFE alacsonyabb hővezető képessége. Egy adott feladathoz a PTFE hőcserélő hőátadó területe sokkal nagyobb. Ahol a technológiai folyadék ragadós szerves anyagokat tartalmaz, a PTFE egység hosszabb csőhossza és nagyobb héja növeli a szennyeződés valószínűségét és a tisztítás nehézségét. A grafit kompakt blokk vagy héj-és-cső formájában kapható, ami minimálisra csökkenti a tartózkodási időt és a lerakódáshoz szükséges felületet.

A gyakorlatban a közepes és nagy hőterhelésű HCl szolgáltatásokhoz a grafit kisebb, jobban reagáló hőcserélőt kínál, amely könnyebben tisztítható és karbantartható.

Magas hőátadást igénylő szolgáltatások
A grafit hővezető képessége 80–120 W/m·K, több százszor nagyobb, mint a PTFE-é (0,25 W/m·K). A grafit a választott anyag, ahol a tömörség és a nagy hőhatékonyság kritikus. A haszon maximális:

Nagy-áramú folyadékhűtés vagy fűtés - A grafit folyadék-folyadékcserélő teljes hőátbocsátási tényezője általában 600–1200 W/m2·K, míg a PTFE esetében 200–400 W/m2·K. A különbség az, hogy egy grafit egység 2-5-ször kisebb lehet ugyanarra a feladatra.

A korrozív gőzök kondenzációja - Magas cső-oldali film együttható szükséges a kondenzációs tevékenységekhez. A PTFE alacsony vezetőképessége komoly szűk keresztmetszet a kondenzáló folyadék filmállósága miatt. A grafit hatékonyan kondenzál, gyakran a PTFE egységhez szükséges terület kevesebb mint egyharmadán.

Gyors szakaszos fűtés vagy hűtés - Azon szakaszos műveleteknél, ahol a ciklusidő döntő jelentőségű, a grafit alacsony hőtömege és erős hővezető képessége gyors hőmérsékleti rámpákat tesz lehetővé. A PTFE lassú reakcióképessége szintén növeli a ciklusidőt.

A grafit tömörsége döntő tényező az olyan alkalmazásokban, ahol a hely igényes, mint például a vegyi reaktorok csúszdái, a gyógyszerészeti tisztaterek vagy a meglévő épületek utólagos felszerelése.

Amikor a PTFE jobb, mint a grafit (nyugtázás)
Minden tisztességes összehasonlításnak el kell ismernie azokat a szolgáltatásokat, amelyekben a PTFE kiváló. Az alábbiakban a PTFE jobb, mint a grafit:

Szolgáltatás Miért érdemes PTFE-t választani
Erős oxidáló savak (pl. tömény salétromsav, krómsav) Oxidációs körülmények között a gyanta impregnálását megtámadják, ami az át nem eresztő grafitban a korrózióállóság elvesztését okozza. A PTFE lényegében nem-oxidál.
Forró erős maró anyagok (pl. . 50% NaOH 100 fok felett) A forró lúgok megtámadják a grafitot. A PTFE a hőmérsékleti határértékig ellenáll a maró hatásoknak.
Oleum (füstölgő kénsav, amely szabad SO₃-t tartalmaz) A grafit reakcióba lép a szabad SO₃-vel 3 . A PTFE stabil.
Magas vibrációjú vagy vízkalapácsos rendszerek A grafit törékeny, ezért megreped. A PTFE rugalmas, így ellenáll a mechanikai ütéseknek.
Nagyméretű vagy koptató anyagok a folyadékokban A grafit járatai eltömődnek vagy lebomlanak. A PTFE csövek meghajolhatnak és átmennek a részecskéken.
A grafit reakcióba lép óleummal, forró erős maró anyagokkal vagy oxidáló savakkal, pl. tömény salétromsavval. Ezeknél a szolgáltatásoknál a PTFE-t vagy más anyagokat (pl. tantál, szilícium-karbid) meg kell vizsgálni.

Összefoglaló táblázat: Útmutató a döntéshez
Az alábbi táblázatban található egy rövid útmutató a grafit vagy PTFE vegyi használatra való kiválasztásához:

Vegyipari szolgáltatás Grafit teljesítményű PTFE teljesítményű anyagok előnyben
Forró H2SO4 (70-98%, 80-200oC) Kiváló hőmérséklet korlátozott