مشکل سایش دوغاب
مخازن دوغاب هم زده در فرآوری مواد معدنی، تولید اسید فسفریک و تصفیه فاضلاب ذرات جامد ساینده را در مایعات خورنده معلق می کنند. لوله های مبدل حرارتی غوطه ور در این محیط برخورد مداوم ذرات را تجربه می کنند. هر برخورد ذره مقدار میکروسکوپی از سطح لوله را حذف می کند. طی ماه ها و سال ها، فرسایش تجمعی دیواره لوله را نازک می کند.
آلومینا-PTFE پر شده-PTFE ترکیب شده با پودر اکسید آلومینیوم 10-20% (Al2O3)-به عنوان یک جایگزین مقاوم در برابر سایش برای PTFE بکر به بازار عرضه میشود. ذرات پرکننده سرامیکی، سختتر از ماتریس PTFE، برای رهگیری ذرات دوغاب ضربهگیر و محافظت از پلیمر در برابر سایش در نظر گرفته شدهاند.
این مفهوم در لباس های کشویی خشک معتبر است. در فرسایش دوغاب مرطوب، محیط شیمیایی و رابط ماتریس{1}}پرکننده عوارضی را ایجاد میکنند که میتواند مزیت عملکرد مورد انتظار را معکوس کند. درک این عوارض برای انتخاب صحیح مواد در خدمات شیمیایی ساینده ضروری است.
مکانیسم فرسایش دوغاب
فرسایش دوغاب در یک مخزن همزده شامل ذرات معلق در یک مایع است که با سرعتهای متوسط-معمولاً 1-5 متر بر ثانیه به سطح لوله مبدل حرارتی ضربه میزند. ضربه ذرات باعث ایجاد تغییر شکل پلاستیک موضعی در سطح PTFE می شود. ضربات مکرر باعث انباشته شدن کرنش می شود و در نهایت قطعات کوچک پلیمر را جدا می کند.
در PTFE بکر، سطح از طریق تغییر شکل ویسکوالاستیک به ضربه ذرات پاسخ می دهد. زنجیرههای پلیمری انرژی ضربه را جذب میکنند و اگر کرنش کمتر از آستانه تسلیم باشد، بهصورت کشسانی پس میزنند. فرسایش از طریق فرآیندی مانند خستگی پس از تأثیرات بسیار- رخ می دهد. نرخ پایین و یکنواخت است.
در PTFE پر شده از آلومینا، ذرات پرکننده سفت و سخت هستند. در اثر ضربه تغییر شکل نمی دهند. انرژی ضربه در سطح مشترک بین ذره سخت آلومینا و ماتریس نرمتر PTFE متمرکز می شود. تمرکز تنش باعث ایجاد ترکهای ریز در مرز ماتریس-میشود. این ترک ها تحت تاثیر مکرر رشد می کنند. در نهایت، PTFE اطراف جدا می شود و ذره پرکننده را با خود می برد. نرخ فرسایش نه با سختی پرکننده، بلکه با چسبندگی پرکننده به ماتریکس و مقاومت خستگی آن رابط تعیین میشود.
| پارامتر فرسایش | PTFE ویرجین | آلومینا-PTFE پر شده |
|---|---|---|
| مکانیسم حفاظت از فرسایش | جذب انرژی ویسکوالاستیک | ذرات پرکننده اثرات را قطع می کنند |
| رابط ماتریس{0}}پرکننده | N/A (همگن) | محل تمرکز استرس |
| شروع کرک میکرو- | آهسته (مواد یکنواخت) | در مرزهای پرکننده شتاب می گیرد |
| نرخ فرسایش در دوغاب سیلیس هم زده (نسبی) | 1.0 (خط پایه) | 1.2-1.8× |
| وضعیت سطح بعد از 1000 ساعت | پوشیدن صاف و یکنواخت | زبر، ذرات پرکننده در معرض |
| پایداری ضریب انتقال حرارت | پایدار (سطح صاف) | تخریب (سطح زبر) |
| مقاومت شیمیایی | عالی | اگر اسید به فیلر حمله کند به خطر می افتد |
تعامل شیمیایی-پرکننده
آلومینا از نظر شیمیایی در برابر بسیاری از اسیدها مقاوم است اما توسط محلولهای فرآیندی رایج مورد حمله قرار میگیرد. در دوغاب اسید فسفریک، آلومینا به آرامی واکنش نشان می دهد و فسفات آلومینیوم را تشکیل می دهد. در دوغاب های قلیایی، آلومینا به صورت آلومینات حل می شود. حمله شیمیایی به ذرات پرکننده در سطح لوله، آنها را از بین می برد و حفره هایی در سطح PTFE باقی می ماند. چاله ها تنش را متمرکز کرده و فرسایش مکانیکی را تسریع می کنند.
حتی در دوغابهای شیمیایی خوشخیم، قرار گرفتن ذرات پرکننده در سطح-که با فرسایش جزئی ماتریس PTFE رخ میدهد- زبری سطح را ایجاد میکند. سطح زبر شده باعث افزایش کشش سیال و کاهش ضریب انتقال حرارت خارجی می شود. عملکرد انتقال حرارت لوله پر شده از آلومینا با گذشت زمان کاهش می یابد، حتی اگر نرخ فرسایش کم باشد.
PTFE ویرجین به طور یکنواخت فرسایش می یابد. سطح صاف باقی می ماند. ضریب انتقال حرارت در طول عمر لوله پایدار است.
راهنمای برنامه
برای سرویس دوغاب تهاجمی شیمیایی{{0}اسید فسفریک، آب معدنی اسیدی، دوغاب سوزاننده-PTFE بکر ماده ترجیحی است. حمله شیمیایی به پرکننده آلومینا در گریدهای پر شده، هرگونه مزیت مقاومت در برابر سایش را نفی می کند و ممکن است تخریب را تسریع کند.
برای دوغابهای شیمیایی خوشخیم و بسیار ساینده در دمای متوسط، اگر پرکننده به خوبی-به ماتریس چسبیده باشد و انرژی ضربه ذرات در حد ظرفیت پرکننده باشد، PTFE پر شده با آلومینا{0}}دوام سایش بهتری ایجاد میکند. قبل از تعیین PTFE پر شده برای سرویس دوغاب، آزمایش در شرایط خاص سایت توصیه می شود.
خلاصه
لولههای مبدل حرارتی PTFE ویرجین اغلب با PTFE آلومینا-پر شده در مخازن دوغاب همزده مطابقت دارند یا بهتر عمل میکنند زیرا رابط ماتریس پرکننده-در اثر ضربه ذرات به محلی برای شروع سریع ترک تبدیل میشود، و به این دلیل که حمله شیمیایی به پرکننده در ذرات اسیدی یا قلیایی، سطح پرکننده را از بین میبرد. ساختار همگن Virgin PTFE به آرامی و یکنواخت فرسایش می یابد و سطح صاف و انتقال حرارت پایدار را حفظ می کند. PTFE پر شده فقط باید پس از تایید مقاومت شیمیایی فیلر و چسبندگی پرکننده به ماتریس تحت شرایط فرآیند خاص برای سرویس دوغاب مشخص شود.
پشتیبانی مهندسی برای انتخاب مواد PTFE در کاربردهای دوغاب ساینده پس از ارائه ترکیب دوغاب، اندازه ذرات و سختی، غلظت جامدات، شدت هم زدن و دمای عملیاتی در دسترس است.
