چگونه حلالهای مبتنی بر بیو{0}}بر انتخاب مواد برای واشرهای مبدل فلوئوروپلیمر تأثیر میگذارند؟
پیام بگذارید
مبدلهای حرارتی که حلالهای سبزتر- مشتق شده از زیستی را مدیریت میکنند باید همراه با صنایع شیمیایی تغییر کنند. در حالی که نشان دادن یک برهمکنش تا حدودی متفاوت با واشرهای الاستومری که یک مبدل فلوئوروپلیمر را آب بندی می کنند، جایگزینی برای تولوئن، تتراهیدروفوران یا دی کلرومتان ممکن است عملکرد فرآیند قابل مقایسه ای را ارائه دهد. سختی واشر، تورم و نیروی آب بندی طولانی مدت همگی می توانند تحت تأثیر تغییرات اندک در میل ترکیبی حلال قرار گیرند.
بررسی اینکه آیا مواد آب بندی قابل اعتماد سنتی هنوز با جدیدترین نسل حلال های تجدیدپذیر سازگار هستند یا خیر، یک چالش مهندسی جدید است که با تغییر به سمت شیمی پایدار ایجاد شده است.
اهمیت فزاینده انتخاب واشر مبدل فلوئوروپلیمری سازگار با حلال زیستی، منعکس کننده حرکت صنعت گسترده تر به سمت مواد شیمیایی فرآیندی کم-سمیت و زیستی-است.
چرا حلالهای مبتنی بر{0} بیو رفتار متفاوتی دارند؟
بسیاری از حلالهای پایدار معاصر به گونهای ساخته میشوند که عملکردی مشابه حلالهای سنتی پتروشیمی داشته باشند، در حالی که اثرات نامطلوب کمتری بر محیطزیست دارند یا سمی هستند.
مثالها عبارتند از:
2-MeTHF یا متیل تتراهیدروفوران
سیکلوپنتیل متیل اتر (CPME)
لاکتات اتیل
کربنات دی متیل
استرهای تولید شده از زیست توده
حلال های مبتنی بر ترپن ها
علیرغم این واقعیت که این مواد می توانند مستقیماً در فرآیندهای فعلی جایگزین شوند، ساختار مولکولی آنها اغلب با حلال هایی که جایگزین می شوند متفاوت است.
سازگاری واشر تحت تأثیر تعدادی از خواص شیمیایی است:
قطبیت مولکول ها
شیمی گروه های عاملی
انتشار حلال ها
ابعاد مولکولی
رفتار پیوندهای هیدروژنی
این تغییرات ممکن است بر نفوذ حلال یا برهمکنش با مواد آب بندی الاستومری تأثیر بگذارد.
به عنوان یک ماده شیمیایی، حلال سبز هنوز باید به طور مداوم در مبدل وجود داشته باشد.
دلایل خطرناکتر بودن واشرها از PTFE
سطوح اصلی خیس شده مبدل های حرارتی فلوروپلیمری اغلب از PTFE یا فلوروپلیمرهای مشابه ساخته می شوند. به طور کلی، PTFE هنوز در برابر تمام حلال های آلی و مواد شیمیایی خشن مقاوم است.
با این حال، سیستم های واشر پیچیده تر هستند.
بسیاری از مجموعه های واشر مبدل مواد مختلفی را با هم ترکیب می کنند، مانند:
واشر برای پاکت PTFE
هسته های ویتون
الاستومرهای ساخته شده از EPDM
پشتی سیلیکونی
پرکننده های PTFE که منبسط شده اند
لایه بیرونی PTFE ممکن است محافظ شیمیایی ایجاد کند، اما هسته الاستومری داخلی همچنان تراکم پذیری و انعطاف پذیری آب بندی را کنترل می کند.
با گذشت زمان، اگر مولکولهای حلال از طریق معایب، درزها یا سطوح در معرض تراوش کنند، الاستومر زیر ممکن است متورم، نرم، منقبض یا سخت شود.
تاثیر تورم حلال بر عملکرد واشر
هنگامی که مولکول های حلال در ساختار الاستومری نفوذ می کنند و به طور فیزیکی مواد را منبسط می کنند، تورم واشر رخ می دهد.
تورم متوسط ممکن است در ابتدا نیروی آب بندی را بهبود بخشد، اما جذب بیش از حد اغلب مشکلات طولانی مدت- بزرگی ایجاد می کند.
اثرات بالقوه عبارتند از:
از دست دادن قدرت فشاری
نرم شدن هسته واشر
تغییر شکلی که دائمی است
اکستروژن ناشی از فشار-
کاهش حفظ بار پیچ
نشت آب بندی در حین چرخه حرارتی
برعکس، برخی از حلال ها ممکن است نرم کننده ها یا مواد افزودنی را از الاستومرها استخراج کنند و به جای تورم باعث انقباض و شکنندگی شوند.
هر یک از این شرایط می تواند به یکپارچگی آب بندی آسیب برساند.
مشکلات Viton و EPDM در حلالهای مبتنی بر بیو{0}
به دلیل مقاومت شیمیایی زیاد آنها در برابر هیدروکربن ها و حلال های کلردار، فلوئوروالاستومرهایی مانند Viton اغلب به طور گسترده در خدمات حلال سنتی استفاده می شدند.
با این وجود، برخی از حلالهای جدیدتر{0}} مشتق شده زیستی دارای شیمی استر یا گروههای عاملی اکسیژن هستند که به روشهای غیرعادی با شبکههای الاستومری برهمکنش میکنند.
تغییرپذیری در عملکرد ویتون
از لحاظ تاریخی، واشرهای پاکت PTFE با هسته های Viton عملکرد خوبی را در انواع سیستم های حلال نشان داده اند. با این حال، برخی از حلالهای مبتنی بر زیست{1}}ممکن است مؤلفه ویتون را قویتر از آنچه پیشبینی میشد نرم کنند، بهویژه زمانی که قطبیت یا محتوای استر افزایش مییابد.
این رفتار می تواند منجر به موارد زیر شود:
کاهش سختی
مجموعه فشرده سازی
تورم
ناپایداری آب بند تحت بار
تفاوت های سازگاری با EPDM
EPDM ممکن است با برخی از حلالهای آلی واکنش نامطلوب نشان دهد، اما معمولاً در سیالات قطبی و سیستمهای مبتنی بر آب{0}}به خوبی عمل میکند.
با گسترش شیمی حلال پایدار، مفروضات سازگاری مبتنی بر حلالهای پتروشیمی معمولی کمتر قابل اعتماد میشوند.
تست سازگاری با ASTM D471
ASTM D471 روش استاندارد آزمایشگاهی برای ارزیابی سازگاری لاستیک و الاستومر است.
این روش آزمایش چگونگی تغییر یک ماده پس از غوطه وری کنترل شده در یک سیال شیمیایی را تجزیه و تحلیل می کند.
معیارهای ارزیابی معمولی عبارتند از:
افزایش حجم
تغییر سختی
تغییر در استحکام کششی
تغییر وزن
تخریب ظاهر
اگر یک ماده واشر در یک محیط حلال جدید بیش از حد متورم یا نرم شود، می توان بلافاصله با استفاده از آزمایش غوطه وری مستقیم آن را تعیین کرد.
آزمایش ASTM D471 به طور فزاینده ای برای موادی انجام می شود که چندین دهه سابقه خدمات نشان داده شده با حلال های قدیمی داشتند، زیرا بسیاری از حلال های پایدار برای پردازش صنعتی نسبتاً جدید هستند.
ملاحظات نفوذ PTFE
با این حال، نفوذ می تواند در برخی شرایط اتفاق بیفتد، حتی اگر تصور می شود PTFE عملاً برای همه حلال های آلی از نظر شیمیایی بی اثر است.
به خصوص در دماهای بالا یا زمان های طولانی مدت قرار گرفتن در معرض، مولکول های حلال کوچک ممکن است به آرامی در ساختارهای فلوروپلیمری پخش شوند.
خود PTFE همیشه از نفوذ آسیب نمی بیند، اگرچه ممکن است برهمکنش حلال با:
هسته های واشر در داخل
لایه های تقویتی
مواد ثانویه برای آب بندی
بنابراین، حتی زمانی که سطوح PTFE از نظر شیمیایی غیرقابل نفوذ به نظر می رسند، سازگاری کامل مونتاژ واشر هنوز حیاتی است.
نیاز به تغییر پایگاه های داده سازگاری
دههها تجربه با حلالهای سنتی پتروشیمی منجر به ایجاد جداول متعدد سازگاری شیمیایی منتشر شده شد.
شیمی حلال پایدار در حال حاضر سریعتر از برخی از پایگاه های داده مرجع فعلی رشد می کند.
خانوادههای حلالهای جدید اغلب فاقد موارد زیر هستند:
دادههای مربوط به پیری طولانیمدت-
مطالعات در مورد نفوذ
سوابق سازگاری{0}}درجه حرارت بالا
نتایج قرار گرفتن در معرض مخلوط-حلال
اعتبار سنجی چرخه حرارتی
این بدان معناست که سازندگان مبدلها و کاربران نهایی به جای وابستگی فقط به پیشفرضهای گذشته، اکنون نیاز بیشتری به تأیید سازگاری از طریق آزمایش دارند.
در طول صدور گواهینامه فرآیند و مشخصات تجهیزات، اسناد سازگاری گواهی شده بیش از پیش حیاتی می شود.
روند انتخاب مواد مبدل فلوئوروپلیمر
واکنش صنعتی به توسعه شیمی حلال در حال حاضر بر طرحهای مواد واشر تأثیر گذاشته است.
چندین گرایش در حال ظهور است:
افزایش استفاده از واشرهای کاملاً محصور شده
سیستمهای حلال تهاجمیتر باعث علاقه به طرحهای واشر PTFE کاملا محصور شده که قرار گرفتن در معرض الاستومر را کاهش میدهند، شده است.
افزایش اعتبارسنجی در آزمایشگاه
به جای استفاده از حلالهای مرجع تک جزیی-برای آزمایش سازگاری شیمیایی، از مخلوطهای فرآیند واقعی به طور فزایندهای استفاده میشود.
مخلوط های الاستومر مناسب
تامین کنندگان واشر در حال ایجاد ترکیبات فلوئوروالاستومر و EPDM اصلاح شده هستند که برای مقاومت در برابر حلال های تجدیدپذیر طراحی شده اند.
الزامات صلاحیت تامین کننده قوی تر
کاربران نهایی به طور فزاینده ای درخواست می کنند:
داده های ASTM D471
مطالعات غوطه وری طولانی مدت
اعتبارسنجی پیری حرارتی
نتایج تست نفوذ
تمرکز از مفروضات سازگاری عمومی به سمت اعتبار سنجی ویژه برنامه تغییر میکند.
تأثیر گسترده تر بر طراحی تجهیزات فرآیند
بحث در مورد انتخاب واشر مبدل فلوئوروپلیمری برای سازگاری حلال مبتنی بر زیست{0}}منعکس کننده تغییر گسترده تری است که در صنعت پردازش شیمیایی در حال وقوع است.
با پیشرفت شیمی پایدار، مواد تجهیزات همیشه باید تغییر کنند:
ویژگی های قطبیت حلال های جدید
اصلاح رفتار استخراج
ویژگی های مختلف نفوذ
تقاضاهای جدید برای پایداری حرارتی
حتی تغییرات جزئی در شیمی فرآیند می تواند باعث برهمکنش های پیش بینی نشده با مهر و موم ها، پوشش ها، شیلنگ ها و اجزای مبدل شود.
مبدلهای فلوروپلیمر تنها سیستمهایی نیستند که با این مشکل مواجه هستند، اما اغلب در شرایط سخت کار میکنند که حتی نقصهای جزئی آببندی میتواند کشنده باشد.
در نتیجه
انتقال به سمت حلالهای مبتنی بر زیست{0}}یک دستاورد بزرگ در پردازش شیمیایی پایدار است، اما همچنین مشکلات سازگاری مواد جدیدی را برای واشرهای مبدل حرارتی فلوئوروپلیمری به همراه دارد. اگرچه PTFE خود تا حد زیادی در برابر اکثر حلالهای آلی مقاوم است، هستههای واشر الاستومری مانند Viton و EPDM ممکن است به حلالهای تجدیدپذیر با تغییر قطبیت و ساختار مولکولی واکنش متفاوتی نشان دهند.
آزمایش غوطهوری ASTM D471 برای تأیید عملکرد واشر با حلالهای پایدار فعلی بسیار حیاتی میشود، بهویژه وقتی پایگاههای داده سازگاری همچنان با طیف گسترده جایگزینهای شیمی سبز ادامه میدهند.
عملکرد آب بندی قابل اعتماد اکنون به توجه بیشتر به اعتبارسنجی مواد، رفتار نفوذ، و تعامل طولانی مدت حلال- بستگی دارد.
هر تغییر در شیمی فرآیند در فرآوری شیمیایی در نهایت مستلزم بررسی مجدد دقیق مواردی است که قرار است حاوی آن باشند.
