در کدام خدمات شیمیایی یک مبدل حرارتی گرافیت بهتر از واحد PTFE عمل می کند؟

هر دو گرافیت و PTFE در انتقال حرارت خورنده قهرمان هستند، با این حال هر دو نقاط قوت خود را دارند. دانستن خدماتی که در آن گرافیت از PTFE بهتر عمل می کند، از کاربردهای نادرست پرهزینه جلوگیری می کند. PTFE یک ماده عالی مقاوم در برابر مواد شیمیایی و از نظر مکانیکی انعطاف پذیر است، اما گرافیت دارای رسانایی حرارتی عالی و مقاومت در برابر دمای بالا است، که آن را به ماده انتخابی برای طیف محدودی از فعالیت های خورنده تبدیل می کند. مبدل های حرارتی گرافیت در مقابل PTFE به خوبی درک شده اند و مهندسان می توانند مطمئن ترین و مقرون به صرفه ترین راه حل را انتخاب کنند.

اسید سولفوریک داغ (70-98%) - قلعه گرافیت
یکی از تهاجمی ترین مواد شیمیایی صنعتی، اسید سولفوریک داغ غلیظ است. گرافیت (آغشته به رزین فنولیک یا PTFE، نوع غیر قابل نفوذ) در این محیط تا 200 درجه عملکرد خوبی دارد. این ماده در برابر هر دو حمله اکسیداسیون و کم آبی مقاوم است و یکپارچگی ساختاری را حتی در غلظت بالا حفظ می کند.

در حالی که PTFE برای عملکرد پایدار در اسید سولفوریک به حدود 110 درجه محدود شده است. بالاتر از این دما، PTFE ضعیف شده و استحکام مکانیکی خود را از دست می دهد. همچنین شکاف هدایت حرارتی بسیار مهم می شود. انتقال حرارت کارآمد برای خنک کردن یا گرم کردن اسید غلیظ مورد نیاز است تا از گرمای بیش از حد موضعی یا سرد شدن کم که می تواند باعث تسریع خوردگی یا آسیب به محصول شود، جلوگیری شود.

در کاربردهایی مانند رقیق‌سازی اسید سولفوریک، خنک‌سازی بین‌مرحله‌ای کارخانه تماس یا واحدهای غلظت اسید، مبدل‌های حرارتی گرافیت معمولاً تنها محلول غیرفلزی عملی هستند. آنها رسانایی حرارتی عالی دارند و طراحی های فشرده را امکان پذیر می کنند. مقاومت در برابر خوردگی آنها برای سالها استفاده پایدار است.

اسید هیدروکلریک، آلی آلوده
اسید کلریدریک برای اکثر فلزات در هر مقدار بسیار خورنده است. هر دو گرافیت و PTFE توسط HCl خالص به خوبی تحمل می شوند. با این حال، اگر اسید حاوی آلاینده‌های آلی باشد، مانند حلال‌های کلردار، روغن‌ها یا محصولات جانبی واکنش، گرافیت اغلب یک انتخاب ارجح است.

گرافیت تا نقطه جوش خود در برابر هیدروکلراید مقاومت می کند (110 درجه برای استحکام آزئوتروپیک) و تحت تأثیر مواد آلی کمیاب قرار نمی گیرد. PTFE نیز به همین ترتیب در برابر این مواد آلی مقاومت می کند اما نقطه ضعف هدایت حرارتی پایین تر PTFE است. برای یک وظیفه مشخص، ناحیه انتقال حرارت یک مبدل PTFE بسیار بزرگتر است. در جایی که سیال فرآیند حاوی مواد آلی چسبنده است، طول لوله بیشتر و پوسته بزرگتر یک واحد PTFE احتمال رسوب گیری و سختی تمیز کردن را افزایش می دهد. گرافیت به شکل بلوک فشرده یا پوسته-و-لوله ای ارائه می شود که زمان ماند و مساحت سطح را برای رسوب به حداقل می رساند.

در عمل، برای خدمات HCl با بارهای حرارتی متوسط ​​تا زیاد، گرافیت مبدل کوچکتر و پاسخگوتری را ارائه می دهد که تمیز کردن و نگهداری آن آسان تر است.

خدماتی که به نرخ بالای انتقال حرارت نیاز دارند
گرافیت دارای رسانایی گرمایی 80-120 W/m·K است که چندین صد برابر بیشتر از PTFE (0.25 W/m·K) است. گرافیت ماده انتخابی است که در آن فشردگی و راندمان حرارتی بسیار مهم است. حداکثر سود در موارد زیر است:

خنک کننده یا گرمایش مایع با جریان بالا - ضریب انتقال حرارت کلی برای مبدل مایع گرافیت-معمولاً 600-1200 W/m2·K است در حالی که برای PTFE 200-400 W/m2·K است. تمایز این است که یک واحد گرافیت ممکن است 2 تا 5 برابر کوچکتر برای همان وظیفه باشد.

چگالش بخارات خورنده - ضرایب لایه بالای لوله-برای فعالیت های متراکم مورد نیاز است. رسانایی کم PTFE به دلیل مقاومت فیلم مایع متراکم کننده یک گلوگاه جدی است. گرافیت به طور موثر، اغلب در کمتر از یک سوم ناحیه مورد نیاز برای یک واحد PTFE متراکم می شود.

گرمایش یا خنک‌کننده سریع دسته‌ای - برای عملیات دسته‌ای که در آن زمان چرخه بسیار مهم است، جرم حرارتی کم و رسانایی گرمایی قوی گرافیت امکان رمپ‌های سریع دما را فراهم می‌کند. پاسخ دهی کند PTFE همچنین به زمان چرخه می افزاید.

فشرده بودن گرافیت عاملی تعیین کننده در کاربردهایی است که در آن فضا از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند لغزش های راکتورهای شیمیایی، اتاق های تمیز دارویی یا مقاوم سازی در ساختمان های موجود.

وقتی PTFE بهتر از گرافیت است (تقدیر)
هر مقایسه منصفانه باید خدماتی را که PTFE برای آنها برتر است تأیید کند. PTFE بهتر از گرافیت در زیر است:

خدمات چرا باید PTFE را انتخاب کنید
اسیدهای اکسید کننده قوی (به عنوان مثال، اسید نیتریک غلیظ، اسید کرومیک) در شرایط اکسیداسیون، اشباع رزین مورد حمله قرار می گیرد و باعث از بین رفتن مقاومت به خوردگی در گرافیت غیر قابل نفوذ می شود. PTFE اساساً اکسید کننده نیست.
مواد سوزاننده قوی داغ (به عنوان مثال. 50% NaOH بالای 100 درجه) قلیایی داغ به گرافیت حمله می کند. PTFE در برابر مواد سوزاننده تا حد دمای خود مقاومت می کند.
اولئوم (اسید سولفوریک دوددار حاوی SO3 آزاد) گرافیت با SO آزاد واکنش می دهد 3 . PTFE پایدار است.
سیستم هایی با ارتعاشات زیاد یا چکش های آبی گرافیت شکننده است بنابراین ترک می خورد. PTFE انعطاف پذیر است بنابراین شوک مکانیکی را می گیرد.
مواد بزرگ یا ساینده در سیالات گذرگاه های گرافیت مسدود یا تجزیه می شوند. لوله های PTFE می توانند خم شوند و از ذرات عبور کنند.
گرافیت با اولئوم، مواد سوزاننده قوی داغ یا اسیدهای اکسید کننده مانند نیتریک غلیظ واکنش می دهد. برای این خدمات، PTFE یا سایر مواد (مانند تانتالیوم، کاربید سیلیکون) باید بررسی شود.

جدول خلاصه: راهنمای تصمیم گیری
راهنمای مختصری برای انتخاب گرافیت یا PTFE برای کارهای شیمیایی در جدول زیر نشان داده شده است:

خدمات شیمیایی عملکرد گرافیت مواد PTFE عملکرد ترجیح داده شده است
H2SO4 داغ (70-98%, 80-200oC) درجه حرارت عالی محدود