مزایای مبدل حرارتی PTFE پوسته-و{-برای کاربردهای خورنده چیست؟

به عنوان مثال: یک روش شیمیایی نیاز به گرم کردن یک سیال خورنده با فشار متوسط ​​دارد. این مرکز از لحاظ تاریخی از مبدل‌های پوسته و لوله فلزی استفاده می‌کرده است، اما آنها در طی ماه‌ها خورده می‌شوند. PTFE مقاوم در برابر خوردگی است، اما آیا می توان از آن برای ساخت یک پوسته-و-لوله محکم استفاده کرد؟ "مزایا و معایب عملی این پیکربندی کلاسیک برای PTFE چیست؟"

این یک مشکل رایج در صنعت فرآوری شیمیایی است. بسیاری از کارخانه ها از مبدل های حرارتی فلزی معمولی برای گرمایش، سرمایش، تراکم یا تبخیر استفاده می کنند. این مبدل ها از نظر مکانیکی ناهموار هستند و برای مهندسان به خوبی شناخته شده اند، اما سیالات فرآیند خشن مانند اسیدهای قوی، محلول های اکسید کننده یا ترکیبات هالوژنه می توانند به سرعت به اجزای فلزی حمله کنند. حتی آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی نیز در نهایت تحت حمله شیمیایی طولانی مدت فرو می ریزند. در چنین تنظیماتی، مبدل های حرارتی PTFE یک گزینه جایگزین برای ترکیب مقاومت شیمیایی با مفاهیم طراحی انتقال حرارت شناخته شده ارائه می دهند.

طراحی پوسته-و-لوله، نیروی کار صنایع شیمیایی است و انطباق‌های PTFE این طرح اجازه می‌دهد از چارچوب مکانیکی مشابهی در خدمات بسیار خورنده استفاده شود. یک مبدل پوسته و لوله PTFE بسته‌ای از لوله‌های PTFE با قطر کوچک است که در یک پوسته استوانه‌ای قرار گرفته‌اند. یک مایع از لوله ها عبور می کند در حالی که مایع دیگر در اطراف بیرون لوله ها در پوسته جریان دارد. لوله PTFE دارای دیواره های نازکی است، بنابراین گرما می تواند از یک سیال به سیال دیگر منتقل شود.

خود لوله‌ها از مواد فلوروپلیمری تشکیل شده‌اند، اما پوسته معمولاً از فلز یا پلاستیک تقویت‌شده با الیاف (FRP) ساخته شده است. این ترکیب سیال فرآیند را با محافظت شیمیایی ارائه می دهد و همچنین استحکام ساختاری می دهد. لوله انعطاف پذیر PTFE توسط صفحات لوله، ساپورت ها و بافل های داخلی پشتیبانی می شود که به گونه ای طراحی شده اند که در حین کار انبساط حرارتی را فراهم می کنند.

یکی از مزایای اصلی بسته های لوله PTFE مقاومت در برابر خوردگی زیاد است. PTFE از نظر شیمیایی در برابر اکثر مواد شیمیایی صنعتی مانند اسیدهای قوی، قلیایی ها، اکسید کننده ها و بسیاری از حلال ها مقاوم است. این ویژگی مبدل‌های پوسته-و-را برای جریان‌هایی که به سرعت فولاد ضد زنگ یا سایر آلیاژهای فلزی را خورده می‌کنند، امکان می‌دهد. بنابراین مبدل های PTFE به طور گسترده در بخش های شیمیایی، نیمه هادی، تکمیل فلزات و بخش های دارویی استفاده می شود.

مقاومت PTFE در برابر رسوب نیز به دلیل-نچسب بودن ویژگی PTFE است. بسیاری از سیالات صنعتی دارای ذرات یا اجزای محلول هستند که بر روی سطوح انتقال حرارت رسوب می کنند. چنین رسوباتی ممکن است به شدت به هم بچسبند و لایه های عایق تولید کنند که باعث کاهش راندمان انتقال حرارت در مبدل های فلزی می شود. انرژی سطحی پایین PTFE احتمال چسبیدن رسوبات و رسوبات به لوله را به حداقل می رساند. رسوب هنوز می تواند تحت تنظیمات خاص رخ دهد، اگرچه رسوبات اغلب با روش های تمیز کردن شیمیایی راحت تر از بین می روند.

یکی دیگر از جنبه های ضروری در طراحی مبدل ها، قابلیت فشار است. مبدل های PTFE نوع صفحه ای کوچک و کارآمد هستند، اگرچه ساختار صفحه نازک معمولاً فقط فشارهای نسبتاً کم را مجاز می کند. در مقابل، مبدل های PTFE پوسته ای و لوله ای را می توان برای عملکرد در فشارهای عملیاتی متوسط ​​ساخت. بسته به قطر لوله، ضخامت دیواره و فشار ساختار پشتیبانی در محدوده 10 تا 15 بار امکان پذیر است.

این قابلیت فشار استفاده از مبدل‌های پوسته-و-و{1}}PTFE را در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های صنعتی که سیالات فرآیند باید تحت فشار نگه داشته شوند، امکان‌پذیر می‌سازد. به عنوان مثال، آنها ممکن است برای گرم کردن جریان های اسید در راکتورهای شیمیایی، خنک کردن محلول های تهاجمی قبل از ذخیره سازی، یا متراکم کردن بخارات خورنده در سیستم های تصفیه اگزوز استفاده شوند. پایداری مکانیکی پوسته استحکام ساختاری می دهد در حالی که لوله های PTFE از حمله شیمیایی محافظت می کنند.

یکی دیگر از مزایای آرایش پوسته-و-تطبیق پذیری آن است. طراحی اولیه یکسان می تواند وظایف حرارتی مختلفی را انجام دهد. برای کاربردهای گرمایشی، پوسته معمولاً برای عبور بخار یا آب داغ استفاده می شود در حالی که سیال فرآیند خورنده از طریق لوله های PTFE عبور می کند. سمت پوسته را می توان با آب خنک کننده برج یا آب سرد خنک کرد. استفاده از مبدل‌های پوسته-و-لوله‌ای برای تراکم بخارها یا تبخیر جریان‌های مایع با اصلاحات طراحی کافی امکان‌پذیر است.

ابعاد لوله باید به طور مناسب برای دستیابی به بهترین عملکرد انتخاب شود. برای حجم معینی از مبدل حرارتی، افزایش سطح انتقال حرارت با کاهش قطر لوله منجر به عملکرد حرارتی بهتر می شود. اما لوله های کوچکتر نیز مقاومت در برابر عبور سیال را افزایش می دهند. افت فشار بیشتر ممکن است نیاز به پمپ های بزرگتر یا انرژی بیشتری برای کار داشته باشد. در نتیجه طراحان اندازه لوله را با افت فشار مجاز در سیستم فرآیند به خطر می اندازند.

همچنین باید به انتخاب مواد جانبی پوسته توجه شود. اگر سیال جانبی پوسته{1}}خورنده نباشد، پوسته‌های فولاد کربنی استاندارد معمولاً ارزان‌ترین جایگزین هستند. شرایط خدماتی شدیدتر ممکن است به FRP یا پوسته های فولادی نیاز داشته باشد. سازگاری مواد پوسته و سیال جانبی پوسته برای عمر طولانی مجموعه کامل مبدل مهم است.

یکی دیگر از محدودیت های عملی در طراحی، محدودیت های دما است. PTFE مقاومت شیمیایی بالایی در محدوده دمایی وسیع دارد، اما کیفیت مکانیکی آن با افزایش دما تغییر می‌کند. اکثر مبدل های حرارتی PTFE بسته به جزئیات ساخت، برای کارکرد تا حدود 150-200 درجه طراحی شده اند. تأیید اینکه دمای عملیاتی در این حدود است به اطمینان از پایداری مکانیکی و قابلیت اطمینان در طول زمان کمک می کند.

تکنیک های تعمیر و نگهداری نیز تا حدودی با واحدهای فلزی در مورد مبدل های PTFE متفاوت است. روش های تمیز کردن مکانیکی مانند برس کشیدن سیمی یا خراش دادن با فشار بالا می تواند به لوله های فلوروپلیمر آسیب برساند. به طور کلی از محلول های تمیز کننده شیمیایی به جای آن استفاده می شود. رسوبات رسوب را می توان با استفاده از محلول های تمیز کننده مناسب که در لوله ها به گردش در می آید، بدون خطر آسیب فیزیکی به سطوح انتقال حرارت حذف کرد.

تجربه ثابت کرده است که پشتیبانی خوب لوله برای عمر طولانی بسیار حیاتی است. لوله PTFE نسبت به فلز انعطاف پذیرتر است و جریان سیال در مناطق بدون پشتیبانی ممکن است در طول زمان باعث ایجاد لرزش شود. صفحات پشتیبان داخلی و دسته های لوله با دقت مهندسی شده حرکت بیش از حد را به حداقل می رساند و احتمال خستگی یا سایش مکانیکی را کاهش می دهد.

واحدهای مبدل شل-و-لوله مزایای خاصی نسبت به سایر سیستم‌های مبدل PTFE دارند. اینها اساسی هستند و برای مخازن گرمایش یا سرمایش عالی هستند. آنها برای خدمات خط لوله تحت فشار در نظر گرفته نشده اند. مبدل‌های PTFE از نوع صفحه‌ای دارای سطوح انتقال حرارت فشرده هستند اما معمولاً در فشارها و نرخ جریان کمتری کار می‌کنند. مبدل‌های پوسته و لوله کمی سازش‌کننده هستند و قابلیت‌های فشار نسبتاً-بالایی را ارائه می‌کنند، اما می‌توانند حجم‌های بالاتر سیال را مدیریت کنند.

ترکیبی از مقاومت در برابر خوردگی و دوام مکانیکی، مبدل‌های حرارتی PTFE پوسته-و-لوله‌ای را برای فرآیندهای شیمیایی تهاجمی جالب توجه می‌کند. آنها طرح سنتی و نحوه عملکرد تجهیزات معمولی پوسته-و-لوله را حفظ می‌کنند، اما سطوح فلزی حساس را با لوله‌های فلوروپلیمری بی‌اثر شیمیایی جایگزین می‌کنند.

این مبدل‌ها در عملکرد حرارتی خود در تنظیماتی که در صورت ساخت مناسب و مطابقت با شرایط فرآیند، به سرعت مواد معمولی را از بین می‌برند، انعطاف‌پذیر هستند. این قابلیت اطمینان تنها با انتخاب مناسب اندازه لوله، ساخت پوسته و شرایط عملیاتی قابل دستیابی است.

در عمل، مبدل های حرارتی PTFE پوسته و لوله، ساختار مکانیکی به خوبی اثبات شده یک طرح صنعتی سنتی را با مقاومت در برابر خوردگی برجسته مواد فلوروپلیمر ترکیب می کنند. برای بسیاری از سیالات ساینده در فرآیندهای شیمیایی، این ترکیب یک راه حل عملی و دائمی برای کارهای گرمایش و سرمایش فراهم می کند، که در غیر این صورت مسائل عمده مواد را ایجاد می کند.