مبدل‌های حرارتی PTFE چگونه با مواد شیمیایی خورنده در کارخانه‌های فرآیندی برخورد می‌کنند؟

یک روش است. یا گرم کردن جریان اسید سولفوریک غلیظ یا خنک کردن مخلوطی از HCl و مواد آلی. مبدل های حرارتی فلزی به سرعت خورده می شوند و باعث نشتی و خرابی می شوند. مبدل های PTFE اغلب پیشنهاد می شوند، اما چرا مناسب هستند و چه اشکالاتی در کارخانه های شیمیایی واقعی دارند؟

این سوال نمونه ای از مشکلاتی است که در مهندسی فرآیندهای شیمی با آن مواجه است. بسیاری از عملیات صنعتی از سیالاتی استفاده می کنند که نسبت به فلزات معمولی خشن هستند. اسیدهای قوی، محلول‌های سوزاننده، مواد شیمیایی اکسیدکننده و مخلوط حلال‌ها می‌توانند به سرعت حتی آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی{2}} را خراب کنند. در چنین شرایطی، خرابی تجهیزات انتقال حرارت منجر به تلفات تولید، مشکلات ایمنی و هزینه های تعمیر و نگهداری می شود.

مبدل های حرارتی پلی تترا فلوئورواتیلن معمولاً در این شرایط استفاده می شوند زیرا در برابر حملات شیمیایی بسیار مقاوم هستند. اما دانستن مزایا و معایب آنها برای انتخاب تجهیزات مناسب برای سرویس خورنده مهم است.

مقاومت شیمیایی یک مزیت کلیدی است.
PTFE به دلیل پایداری شیمیایی عالی-ش شناخته شده است. ساختار پلیمر اتم های کربن است که توسط اتم های فلوئور احاطه شده است. این پیوندهای بسیار قوی کربن - فلوئور ایجاد می کند. این آرایش باعث می شود که این ماده در برابر فعل و انفعالات با اکثر مواد شیمیایی صنعتی بسیار مقاوم باشد.

PTFE در عمل در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی از جمله اسیدهای معدنی قوی، بازهای قوی، محلول های اکسید کننده و بسیاری از حلال های آلی مقاوم است. سیالاتی که به شدت به فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای نیکل حمله می کنند ممکن است تأثیر کمی بر سطوح PTFE داشته باشند یا هیچ اثری نداشته باشند.

برای کارخانه‌های شیمیایی که جریان‌های خورنده را مدیریت می‌کنند، این مقاومت مستقیماً به طول عمر بیشتر تجهیزات تبدیل می‌شود. در شرایطی که تجهیزات فلزی ممکن است در چند ماه از کار بیفتد، یک مبدل حرارتی PTFE می تواند سال ها کار کند. انتخاب مواد مناسب می‌تواند به معنای سال‌ها{2}}عملکرد بدون مشکل در تأسیسات شیمیایی باشد.

PTFE از نظر شیمیایی بی اثر است و آلودگی سیال فرآیند را تا حد زیادی کاهش می دهد. بر خلاف فلزاتی که می‌توانند یون‌ها را در طول خوردگی آزاد کنند، سطوح PTFE پایدار هستند و در محیط‌های خشن واکنش‌پذیر نیستند.

مقاومت در برابر رسوب و قابلیت اطمینان عملیاتی
یکی دیگر از ویژگی های مهم PTFE برای کاربردهای مبدل حرارتی، انرژی سطحی پایین آن است. خود ماده ذاتاً نچسب-است، به این معنی که احتمال چسبیدن بسیاری از چیزها به سطح آن کم است.

رسوب گیری در تجهیزات انتقال حرارت، رسوب مواد بر روی سطوح انتقال حرارت است که باعث کاهش راندمان حرارتی می شود. پوسته پوسته شدن، بارش یا ساخت پلیمر-می تواند عملکرد مبدل را در طول زمان به طور قابل ملاحظه ای کاهش دهد.

سطوح PTFE در برابر انواع رسوب مقاوم هستند زیرا ذرات و رسوبات شیمیایی به سختی به سطح پلیمری صاف می چسبند. این ویژگی اغلب منجر به فواصل تمیز کردن طولانی تر از مبدل های فلزی معمولی می شود.

با این حال، رسوب همچنان می تواند در برخی از سرویس ها رخ دهد. سیالاتی که پلیمریزه می شوند، جریان های آلی چسبناک یا محلول هایی که متبلور می شوند ممکن است به آرامی سطوح انتقال حرارت را بپوشانند. به همین دلیل است که مبدل‌های PTFE مورد استفاده در فرآیندهای شیمیایی شدید معمولاً با بسته‌های لوله قابل جابجایی یا آرایه‌های سیم پیچ قابل دسترسی ساخته می‌شوند تا در صورت نیاز تمیز شوند.

کاربردهای معمول در کارخانه های شیمیایی
مبدل های حرارتی PTFE در طیف وسیعی از کاربردهای خورنده در صنایع شیمیایی استفاده می شوند. یکی از کاربردهای رایج گرمایش یا خنک کردن مخازن ذخیره اسید است. بسیاری از اسیدها برای کنترل ویسکوزیته یا جلوگیری از تبلور نیاز به ذخیره در محدوده دمایی خاصی دارند.

یکی دیگر از کاربردهای بسیار رایج در تراکم بخارات خورنده است. مبدل های حرارتی PTFE می توانند بخارات حاوی اسید یا حلال را از راکتورها یا سیستم های تقطیر، بدون خطر خوردگی سطوح انتقال حرارت خنک کنند.

بازیابی گرما از جریان های زباله تهاجمی نیز یک کاربرد مهم است. مبدل های PTFE که برای مقابله با ترکیب شیمیایی این پساب های خورنده داغ ساخته شده اند، می توانند انرژی حرارتی قابل استفاده را به جای تخلیه آنها بازیابی کنند.

آنها استفاده از PTFE را در مکان هایی که نمی توان از مواد دیگر استفاده کرد نشان می دهد.

اثرات دما و فشار
PTFE مقاومت شیمیایی بسیار خوبی دارد اما محدودیت های مکانیکی باید در طراحی در نظر گرفته شود. PTFE استحکام ساختاری ضعیف‌تری دارد و تحمل فشار کمتری نسبت به فلزات دارد.

بنابراین مبدل های حرارتی PTFE معمولاً برای سیستم های فشار متوسط ​​استفاده می شوند. برای سرویس فشار بالا، ممکن است به مواد تقویت کننده اضافی یا مواد دیگر نیاز باشد.

نکته دیگر قابلیت دما است. PTFE در دمای نسبتاً بالا برای یک پلیمر پایدار است، اما به طور کلی محدوده کاری مجاز کمتر از مبدل های فلزی است. دمای فرآیند باید در محدوده محدودیت های ارائه شده توسط سازنده حفظ شود.

هنگامی که مبدل های PTFE به درستی در محدوده های خاصی به کار گرفته شوند، می توانند گرما را بدون نقص مکانیکی به طور قابل اعتمادی انتقال دهند.

انبساط حرارتی و طراحی مکانیکی
یکی از ویژگی هایی که PTFE را از اکثر فلزات متمایز می کند ضریب نسبتاً بالای انبساط حرارتی آن است. با نوسانات دما، قطعات PTFE بیشتر از سازه های فلزی اطراف منبسط و فشرده می شوند.

این بدان معناست که در عمل، اتصالات لوله‌کشی و پایه‌های مبدل باید طوری طراحی شوند که امکان حرکت در طول چرخه گرما را فراهم کنند. اتصالات انعطاف پذیر یا تکیه گاه های با دقت طراحی شده می توانند انبساط را در خود جای دهند و در عین حال از فشار بیش از حد بر تجهیزات جلوگیری کنند.

در نظر نگرفتن این ویژگی ممکن است منجر به تنش مکانیکی بر روی فلنج ها یا اتصالات شود، به خصوص زمانی که دما به سرعت تغییر می کند.

ایمنی در جابجایی مایعات خطرناک
کارخانه های شیمیایی گاهی اوقات با مایعاتی سروکار دارند که برای انسان یا محیط زیست خطرناک و سوزاننده هستند. بنابراین جنبه های ایمنی جزء مهمی از طراحی سیستم های مبدل حرارتی PTFE هستند.

یکی از راه‌ها استفاده از طرح‌های-دوجداره است. این ترتیبات از یک مانع ثانویه برای جداسازی سیال فرآیند از محیط اطراف استفاده می کنند. اگر لوله داخلی نشتی داشته باشد، لایه بیرونی مواد خطرناک ناشی از تخلیه فوری را در خود نگه می دارد.

مجموعه های مبدل همچنین می توانند به گونه ای طراحی شوند که شامل سیستم های تشخیص نشت باشد. این دستگاه‌ها هشدار زودهنگام خرابی تجهیزات را ارائه می‌دهند تا اپراتورها بتوانند قبل از وقوع خرابی عمده اقدامات اصلاحی را انجام دهند.

این اقدامات احتیاطی یک لایه حفاظتی اضافی را در کاربردهای خورنده که نشتی می تواند خطر ایمنی باشد، فراهم می کند.

PTFE در مقابل سایر مواد
مواد دیگری که برای وظایف تبادل حرارتی خورنده استفاده می شوند، گاهی اوقات آلیاژهای فلزی خاص و گرافیت هستند. هر ماده ای مزایا و محدودیت های خود را دارد.

مبدل های گرافیت نسبت به PTFE مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت دمای بالاتری دارند. اما گرافیت می تواند شکننده و آسیب پذیر در برابر آسیب های مکانیکی باشد.

فلزات{0}}بالا با آلیاژ خواص مکانیکی خوبی دارند، اما در برخی شرایط شیمیایی نیز می توانند خورده شوند. با این حال، PTFE مقاومت بسیار خوبی در برابر طیف گسترده ای از مواد خورنده ارائه می دهد، اما به قیمت محدودیت های فشار و دمای پایین تر.

اما مبدل های PTFE معمولا تنها راه حل برای خدمات خورنده هستند، نه یک دارو.

راه حل قابل اعتماد برای محیط های شیمیایی شدید
مبدل های حرارتی PTFE در بسیاری از زمینه های صنایع شیمیایی ضروری شده اند. مهندسان می‌توانند سیستم‌های انتقال حرارت را طراحی کنند که می‌توان روی عملکرد آنها در شرایط سخت فرآیند حساب کرد. آنها در برابر اسیدها، بازها و حلال های مهاجم مقاوم هستند.

چنین مبدل‌هایی، در صورت انتخاب و ساخت مناسب با توجه به محدودیت‌های دما، محدودیت‌های فشار و انبساط حرارتی، می‌توانند به طور ایمن و کارآمد برای دوره‌های خدمات طولانی کار کنند.

قابلیت اطمینان تجهیزات پردازش شیمیایی به شدت به انتخاب مواد برای برآوردن نیازهای محیط بستگی دارد. این مفهوم به خوبی توسط مبدل های حرارتی PTFE نشان داده شده است. اگر مقاومت در برابر خوردگی مسئله کلیدی باشد، انتخاب مواد مناسب می تواند مشکلات تعمیر و نگهداری را به یک راه حل فرآیند پایدار و قابل اعتماد تبدیل کند.