چگونه ضریب رسوب در یک مبدل PTFE با یک واحد فولاد ضد زنگ مقایسه می شود؟

هنگام اندازه‌گیری یک مبدل حرارتی، یک مهندس یک "عامل رسوب" اضافه می‌کند تا لایه عایق گرد و غبار، رسوب یا رشد بیولوژیکی را که بدون شک در طول زمان{0}} روی سطح انتقال حرارت ایجاد می‌شود، در نظر بگیرد. پس از کارکرد در شرایط کمتر-از-ماها یا سالها، این تحمل اضافی تضمین می کند که مبدل همچنان می تواند عملکرد حرارتی لازم را ارائه دهد.

لوله های PTFE، با سطح صاف و آبگریز خود، اغلب جریمه رسوب گیری کمتری نسبت به لوله های فولادی ضد زنگ دارند که در همان سرویس کار می کنند. این تغییرات به اندازه کافی بزرگ است که بر اندازه مبدل، فرکانس تمیز کردن، راندمان عملیاتی و هزینه طول عمر تأثیر بگذارد.

مقایسه بین مبدل PTFE فاکتور رسوب در مقابل فولاد ضد زنگ از این رو فراتر از راحتی تعمیر و نگهداری است و به حوزه فلسفه طراحی حرارتی هسته می رسد.

آنچه که عامل رسوب در واقع نشان دهنده آن است
عملاً، ضریب رسوب یک مقاومت حرارتی اضافی است که در محاسبات مبدل گنجانده شده است تا آلودگی آتی روی سطح انتقال{0}}حرارت در نظر گرفته شود.

با انباشته شدن رسوبات در داخل یا خارج لوله ها، انتقال حرارت کمتر موثر می شود زیرا لایه رسوب به عنوان عایق عمل می کند. بنابراین مبدل باید در طول طراحی تا حدودی بزرگ شود تا عملکرد قابل قبولی حتی پس از انباشته شدن آلودگی در دسترس باشد.

اشکال معمول رسوب عبارتند از:

مقیاس معدنی

رشد بیولوژیکی

فیلم های ارگانیک

رسوبات لجن

کریستالیزاسیون نمک

پلیمر باقی مانده

هر مبدل در طول زمان درجاتی از رسوب را بدست می آورد، اما سرعت و شدت آن تا حد زیادی به مواد لوله و کیفیت سطح بستگی دارد.

چرا PTFE کمتر از فولاد ضد زنگ خطا می کند؟
مزیت اساسی PTFE در انرژی سطحی بسیار کم آن است.

از آنجایی که سطح فلوئوروپلیمر طبیعتاً آبگریز و غیرچسبنده است، بسیاری از آلاینده‌ها به سختی می‌چسبند. در مقایسه با سطوح فلزی، PTFE تمایل دارد رسوبات رسوب، پوشش های بیولوژیکی و بقایای آلی را با سهولت بیشتری آزاد کند.

فولاد ضد زنگ، اگرچه بر اساس استانداردهای صنعتی صاف است، اما همچنان انرژی سطحی به طور قابل توجهی افزایش یافته است که به اتصال موارد زیر کمک می کند:

مقیاس کلسیم

رسوبات اکسیدی

لایه های بیوفیلم

پوشش های ارگانیک

باقی مانده پروتئین

PTFE رفتار متفاوتی دارد زیرا سطح به طور فعال در برابر خیس شدن و چسبندگی مقاومت می کند.

در واقع، بسیاری از سیالات فرآیندی به سادگی برای "گرفتن" سطح PTFE به سختی برای ایجاد رسوبات پایدار تلاش می کنند.

مقایسه های معمولی فاکتور رسوب
فاکتورهای رسوب گیری استاندارد که اغلب در طراحی مبدل استفاده می شود توسط انجمن سازندگان مبدل لوله ای (TEMA) منتشر شده است. با این حال، این مقادیر بیان شده از نظر تاریخی بر مواد لوله فلزی مانند فولاد ضد زنگ و آلیاژهای مس متمرکز شده اند.

برای مبدل‌های فولادی ضد زنگ که با آب خنک‌کننده یا سیالات آلی کار می‌کنند، فاکتورهای رسوب‌گیری معمول طراحی ممکن است در محدوده زیر قرار گیرند:

0.0002 تا 0.0004 متر مربع کلوین در هر وات

مبدل های PTFE که در عملکردهای مشابه کار می کنند ممکن است مقادیر عملی بسیار پایین تری را توجیه کنند، اغلب در محدوده:

0.00005 تا 0.0001 متر مربع کلوین در هر وات

این نشان دهنده مقاومت رسوبی تقریباً 2 تا 5 برابر کمتر از فولاد ضد زنگ در شرایط مناسب است.

این عدد کمتر به طور مستقیم به مبدل کوچکتر و ارزانتر یا زمان کار طولانی تر بین تمیز کردن مربوط می شود.

تاثیر کاهش مقاومت رسوب بر طراحی مبدل
بسیاری از جنبه های اندازه مبدل و عملکرد طولانی مدت تحت تأثیر یک عامل رسوب کمتر است.

کاهش سطح برای انتقال حرارت
مبدل نیازی به مساحت سطح اضافی برای جبران کاهش عملکرد بالقوه ندارد زیرا انتظار می رود مقاومت حرارتی کمتری در طول زمان ایجاد شود.

این می تواند فعال کند:

بسته های کوتاه تر لوله ها

لوله های کمتر

ردپای مبدل فشرده تر

کاهش ابعاد پوسته

راندمان حرارتی{0} طولانی مدت بهبود یافته است
با تجمع رسوبات، بسیاری از مبدل ها به تدریج توانایی خود را برای انتقال گرما از دست می دهند.

سطوح PTFE تمایل دارند برای مدت طولانی تری به شرایط اولیه خود نزدیک تر بمانند و به اطمینان از عملکرد حرارتی پایدارتر در حین کار کمک می کنند.

فواصل تمیز کردن طولانی تر
کاهش چسبندگی رسوب اغلب دوره بین خاموش شدن تعمیر و نگهداری را افزایش می دهد.

این به ویژه در موارد زیر مفید است:

پردازش شیمیایی

سیستم های فاضلاب

تولید مواد غذایی

تولید نیمه هادی ها

کاربردهای دارویی

در کسب‌وکارهای-فرایند مستمر، حذف چرخه‌های تمیز کردن برنامه‌ریزی نشده می‌تواند تا حد زیادی زمان تولید را بهبود بخشد.

چرا PTFE در برابر مقیاس و تشکیل بیوفیلم مقاومت می کند؟
مقاومت در برابر رسوب PTFE تحت تأثیر تعدادی از ویژگی های سطح فیزیکی است.

رفتار هیدروفوبیک
رسوبات مبتنی بر آب{0}}در سطح PTFE به طور یکنواخت توزیع نمی شوند. کاهش رطوبت، فرصت هسته‌زایی سپرده پایدار را محدود می‌کند.

حداقل انرژی سطحی
جاذبه مولکولی قوی برای چسبیدن بسیاری از آلاینده ها ضروری است. برای فیلم های مقیاس یا ارگانیک، PTFE نسبتاً حداقل تماس چسب را ارائه می دهد.

پوشش سطح صاف
لوله‌های PTFE اغلب با سطح فوق‌العاده صاف ساخته می‌شوند که شکاف‌های کوچکی را که معمولاً در آن رسوب ایجاد می‌شود، از بین می‌برد.

بی اثری شیمیایی
PTFE محصولات خوردگی سطحی کمتری تولید می کند که معمولاً می توانند رسوبات را روی دیوار مبدل لنگر بیاندازند زیرا با سیالات اطراف واکنش بسیار کمی دارد.

محدودیت های قابل توجه در پیش بینی های آلوده
اگرچه PTFE معمولاً مقاومت در برابر رسوب کمتری نسبت به فولاد ضد زنگ نشان می دهد، اما باید از نتیجه گیری جهانی اجتناب شود.

برای سیال فرآیند خاص مورد نظر، عامل رسوب گیری عملی همیشه باید در برابر شرایط عملیاتی واقعی تأیید شود.

چندین متغیر به طور قابل ملاحظه ای بر رفتار رسوب واقعی تأثیر می گذارند:

شیمی سیالات

سرعت جریان

مشخصات دما

فعالیت بیولوژیکی

غلظت مواد جامد معلق

رویه های تمیز کردن

برخی از دوغاب‌های تهاجمی یا محلول‌های پلیمری چسبنده ممکن است علیرغم ویژگی‌های نچسب PTFE، به میزان قابل توجهی مختل شوند.

بنابراین، داده های عملکرد میدانی هنگام نهایی کردن محاسبات اندازه مبدل حیاتی باقی می مانند.

جایی که مزایای رسوب PTFE بسیار ارزشمند است
مزایای کاهش فاکتورهای رسوب در سیستم ها زمانی که تمیز کردن دشوار، گران یا مخل است اهمیت بیشتری پیدا می کند.

پردازش شیمیایی خورنده
مبدل های PTFE قبلاً به دلیل توانایی آنها در مقاومت در برابر خوردگی انتخاب شده اند. در کاربردهای خاص، کاهش رفتار رسوب‌پذیری، کارایی چرخه عمر را حتی بیشتر افزایش می‌دهد.

فاضلاب و سیستم های بیولوژیکی
تولید بیوفیلم روی سطوح PTFE آبگریز کندتر اتفاق می افتد و کاهش عملکرد را در طول زمان به حداقل می رساند.

تولید-با خلوص بالا
کاهش تشکیل رسوب و اعتبار سنجی تمیز کردن ساده تر برای فرآیندهایی که به شرایط پاکیزگی پایدار نیاز دارند سودمند است.

برنامه های کاربردی -جریان کم
تمایلات رسوب پذیری بالاتر اغلب در سیستم هایی که با سرعت سیال کمتر کار می کنند دیده می شود. سطوح PTFE می توانند تا حدی این عیب را کاهش دهند.

مقایسه عملکرد چرخه عمر
اگرچه یک مبدل فولادی ضد زنگ ممکن است در ابتدا رسانایی گرمایی خوبی داشته باشد، با تجمع رسوبات، عملکرد ممکن است به تدریج بدتر شود.

از آنجایی که فلوروپلیمرها گرما را با کارایی کمتری نسبت به فلزات انتقال می دهند، مبدل PTFE معمولاً با هدایت حرارتی خام پایین تری شروع می شود. با این حال، نرخ رسوب کمتر به حفظ عملکرد عملیاتی در مدت زمان طولانی‌تر کمک می‌کند.

در شرایط خاص، حتی اگر رسانایی ماده پایه پایین‌تر باشد، مبدلی که برای مدت زمان طولانی‌تری تمیز می‌ماند، در نهایت بازده حرارتی واقعی-جهانی پایدارتری تولید می‌کند.

بحث مداوم در مهندسی فرآیند معاصر در مورد فاکتور رسوب مبدل های PTFE در مقابل فولاد ضد زنگ حول این پدیده می چرخد.

در نتیجه
سطح رسوب ذاتاً پایین{0}}PTFE مزیت طراحی حرارتی قابل اندازه گیری را در مقایسه با فولاد ضد زنگ در بسیاری از کاربردهای مبدل حرارتی به ارمغان می آورد. از آنجایی که PTFE در برابر چسبندگی رسوب، رشد بیوفیلم و رسوبات آلی مقاومت می کند، عوامل رسوب دهی عملی ممکن است چندین برابر کمتر از مواردی باشد که به طور معمول برای مبدل های فلزی اعمال می شود.

این مقاومت در برابر رسوب‌گیری بهبود یافته می‌تواند از طرح‌های مبدل‌های کوچک‌تر، فواصل تمیز کردن طولانی‌تر و عملکرد حرارتی طولانی‌مدت- پشتیبانی کند. در حالی که مقادیر واقعی همیشه باید در برابر شرایط عملیاتی میدانی بررسی شوند، تمیزپذیری PTFE به جای اینکه صرفاً یک راحتی تعمیر و نگهداری باشد، یک مزیت فنی ملموس باقی می ماند.

در سیستم های پردازش حرارتی، مقاومت بهینه در برابر رسوب گیری عموماً نه با از بین بردن رسوبات به طور موثرتر، بلکه با انتخاب سطحی که در وهله اول در برابر کثیف شدن مقاومت می کند، به دست می آید.