چگونه یک مبدل حرارتی PTFE در برابر تیتانیوم در گرمایش سفید کننده هیپوکلریت عمل می کند؟

شیمی که به تیتانیوم حمله می کند

تیتانیوم از طریق تشکیل یک لایه اکسید غیرفعال که در محلول های خنثی و قلیایی پایدار است، در برابر هیپوکلریت سدیم مقاومت می کند. این فیلم دلیلی است که تیتانیوم در عملکرد سفید کننده در دما و غلظت متوسط ​​عملکرد خوبی دارد. فیلم زمانی که دما از 70 درجه بالاتر می رود، زمانی که غلظت آن به بالای 15٪ می رسد یا زمانی که pH به زیر 9 می رسد، تجزیه می شود.

نرخ خوردگی تیتانیوم در سرویس هیپوکلریت در دمای 60 درجه و هیپوکلریت 12 درصد معمولاً کمتر از 0.05 میلی متر در سال است. در دمای 80 درجه و هیپوکلریت 15 درصد، میزان به 0.3-0.8 میلی متر در سال افزایش می یابد. در دمای 90 درجه و هیپوکلریت 15 درصد، میزان می تواند بیش از 1.5 میلی متر در سال باشد.

خوردگی معمولاً در انتهای لوله که سرعت جریان کم و دما زیاد است و در اتصالات لوله-به-لوله که در آن هندسه شکاف گونه های خورنده را متمرکز می کند، شروع می شود. خوردگی به صورت حفره ای ظاهر می شود که به دیواره لوله نفوذ کرده و باعث نشتی می شود.

شیمی که به PTFE حمله می کند

PTFE در برابر هیپوکلریت سدیم در تمام غلظت ها و دماها در محدوده خدمات خود مقاوم است. پیوندهای کربن-فلوئور توسط هیپوکلریت یا سود سوزآور که سفید کننده را تثبیت می کند مورد حمله قرار نمی گیرند. مواد خورده نمی شوند و عمر مفید به جای حمله شیمیایی توسط عوامل مکانیکی تعیین می شود.

تنها مکانیسم تخریب PTFE در سرویس هیپوکلریت، انتشار هیپوکلریت و ماده سوزاننده به نواحی آمورف پلیمر است. انتشار آهسته است و تأثیر آن بر خواص مکانیکی کم است. عمر مفید مبدل حرارتی PTFE در سرویس هیپوکلریت معمولاً 12 تا 18 سال است.

شکاف هدایت حرارتی

هدایت حرارتی تیتانیوم تقریباً 22 W/m·K در مقایسه با 0.25 W/m·K برای PTFE است. نسبت تقریباً 88:1 است.

برای یک مبدل حرارتی که 40 کیلووات را در هیپوکلریت 12 درصد در دمای 60 درجه تحویل می دهد، یک واحد تیتانیوم تقریباً به 3 متر مربع مساحت سطح نیاز دارد که بر اساس ضریب انتقال حرارت کلی 800 W/m²·K و اختلاف دمای میانگین log 17 درجه است. یک واحد PTFE برای همان وظیفه تقریباً به 12 متر مربع مساحت سطح نیاز دارد که بر اساس ضریب کلی 200 W/m·K و اختلاف دما یکسان است.

واحد PTFE 4 برابر بزرگتر از واحد تیتانیوم است. اندازه بزرگتر هزینه سرمایه، فضای کف و حجم سیال را افزایش می دهد. شار حرارتی کمتر دمای دیواره لوله را کاهش می دهد که برای فرآیند مفید است، اما سطح بزرگتر نیز سطح بیشتری را برای رسوبات فراهم می کند و به زمان بیشتری برای تمیز کردن نیاز دارد.

مشکل تجزیه در دمای بالا

هیپوکلریت سدیم با سرعتی تجزیه می شود که با افزایش دما افزایش می یابد. در دمای 60 درجه، میزان تجزیه تقریباً 2٪ در روز است. در 70 درجه، میزان تقریباً 5٪ در روز است. در 80 درجه، میزان تقریباً 10٪ در روز است. این تجزیه گاز کلر و اسید هیدروکلریک تولید می کند که برای هر دو ماده خورنده هستند.

سرعت تجزیه دمای عملیاتی عملی را برای تیتانیوم و PTFE محدود می کند. در دماهای بالاتر از 70 درجه، سرعت تجزیه به اندازه ای بالا است که غلظت هیپوکلریت باید به طور مداوم دوباره پر شود و گاز کلر باید تخلیه شود. انتخاب ماده باید گاز کلر و محصولات تجزیه را در نظر بگیرد.

تیتانیوم به ویژه به اسید هیدروکلریک که در اثر تجزیه تولید می شود حساس است. اسید pH را کاهش می دهد و خوردگی تیتانیوم را تسریع می کند. PTFE در برابر اسید هیدروکلریک و گاز کلر مقاوم است، بنابراین تجزیه تاثیری بر عمر مفید PTFE ندارد.

مقایسه دو ماده در سرویس سفید کننده هیپوکلریت

جدول زیر مشخصات عملکرد و هزینه مبدل های حرارتی PTFE و تیتانیوم را در سرویس سفید کننده هیپوکلریت در دمای 60 درجه با هیپوکلریت سدیم 12% خلاصه می کند.

ارزش‌های هزینه کل پنج ساله ارزش تولید 600 دلار در ساعت را در نظر می‌گیرند و شامل هزینه سرمایه، هزینه نصب و هزینه نگهداری در طول پنج سال می‌شود.

وقتی تیتانیوم انتخاب بهتری است

تیتانیوم در چندین کاربرد خاص انتخاب بهتری است.

سرویس دمای پایین-.در دماهای کمتر از 50 درجه، تیتانیوم بدون مشکل در برابر هیپوکلریت مقاومت می کند و هدایت حرارتی بالاتر سطح مورد نیاز و هزینه سرمایه را کاهش می دهد.

خدمات با تمرکز پایین-.در غلظت‌های کمتر از 10 درصد، تیتانیوم در دمای 60 درجه در برابر هیپوکلریت مقاومت می‌کند و هدایت حرارتی بالاتر سطح مورد نیاز را کاهش می‌دهد.

تاسیسات محدود{0}فضا.هنگامی که فضای موجود به شدت محدود است، واحد تیتانیوم کوچکتر ممکن است تنها گزینه ممکن باشد. واحد PTFE به 4 برابر مساحت سطح نیاز دارد که ممکن است در فضای موجود مناسب نباشد.

خدمات{0}فشار بالا.تیتانیوم استحکام مکانیکی بالاتری نسبت به PTFE دارد و می تواند فشارهای بالاتری را تحمل کند. برای سرویس هیپوکلریت در فشارهای بالای 10 بار، تیتانیوم ممکن است تنها گزینه مناسب باشد.

وقتی PTFE انتخاب بهتری است

PTFE در چندین برنامه خاص انتخاب بهتری است.

سرویس با دمای{0}بالا.در دماهای بالاتر از 60 درجه، PTFE بهتر از تیتانیوم در برابر محصولات تجزیه مقاومت می کند و عمر مفید بیشتری دارد.

خدمات با تمرکز{0}بالا.در غلظت های بالای 12 درصد، PTFE بهتر از تیتانیوم در برابر هیپوکلریت و ماده سوزاننده مقاومت می کند.

قرار گرفتن در معرض گاز کلراگر تجزیه گاز کلر تولید کند، PTFE بهتر از تیتانیوم در برابر گاز مقاومت می کند.

خدمات دوچرخه سواری حرارتی.PTFE مقاومت شوک حرارتی بالاتری نسبت به تیتانیوم دارد که آن را برای سرویس با تغییرات مکرر دما مناسب می کند.

مورد نیاز عمر طولانی.زمانی که انتظار می رود مبدل حرارتی 10 سال یا بیشتر عمر مفید داشته باشد، PTFE انتخاب بهتری است زیرا در برابر حمله شیمیایی در مدت زمان طولانی تری مقاومت می کند.

ویژگی های طراحی که عمر سرویس را افزایش می دهد

چندین ویژگی طراحی باعث افزایش طول عمر مبدل های حرارتی PTFE و تیتانیوم در سرویس سفید کننده هیپوکلریت می شود.

دمای عملیاتی پایین ترکاهش دمای کار از 70 درجه به 50 درجه باعث کاهش سرعت تجزیه و حمله شیمیایی به مواد مبدل حرارتی می شود.

غلظت کمترکاهش غلظت هیپوکلریت از 15% به 10% حمله شیمیایی و سرعت تجزیه را کاهش می دهد.

کنترل pHحفظ pH بالای 10 باعث کاهش خوردگی تیتانیوم و تجزیه هیپوکلریت می شود.

کنترل سرعت جریانحفظ سرعت جریان متوسط، ضخامت لایه مرزی و غلظت محصولات تجزیه را در سطح لوله کاهش می دهد.

در{0}}مقررات تمیز کردن مکان.اتصالات برای تامین و بازگشت محلول تمیز کردن اجازه می دهد مبدل حرارتی بدون جداسازی تمیز شود، که باعث کاهش زمان از کار افتادگی و تلفات تولید می شود.

پارامترهای مشخصات برای خدمات سفید کننده هیپوکلریت

مهندسان تجهیزاتی که مبدل‌های حرارتی PTFE و تیتانیوم را برای خدمات سفیدکننده هیپوکلریت ارزیابی می‌کنند، باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.

غلظت هیپوکلریتحداکثر غلظت و محدوده مورد انتظار را مشخص کنید.

دمای عملیاتیحداکثر دمای عملیاتی و مشخصات دمای مورد انتظار را مشخص کنید.

pHمحدوده pH و روش کنترل را مشخص کنید.

فشار عملیاتیحداکثر فشار کاری را مشخص کنید.

بار حرارتی و مساحت سطح.بار حرارتی و سطح مورد نیاز برای هر گزینه مواد را مشخص کنید.

سرعت تجزیهنرخ تجزیه مورد انتظار و نرخ تولید گاز کلر را مشخص کنید.

محدودیت های فضاییفضای موجود و حداکثر رد پای مجاز را مشخص کنید.

مورد نیاز عمر سرویسطول عمر مورد انتظار و برنامه تعویض را مشخص کنید.

مطابقت انتخاب مواد با شرایط خدمات هیپوکلریت

انتخاب بین مبدل های حرارتی PTFE و تیتانیوم در سرویس سفید کننده هیپوکلریت به دما، غلظت، pH و عمر مورد نیاز بستگی دارد. تیتانیوم رسانایی حرارتی بالاتری دارد و به مساحت سطح کمتری نیاز دارد، اما در دمای بالا و غلظت بالا مستعد خوردگی است. PTFE هدایت حرارتی کمتری دارد و به سطح بیشتری نیاز دارد، اما در برابر هیپوکلریت در تمام غلظت ها و دماها مقاوم است.

تصمیم انتخاب باید بر اساس یک تجزیه و تحلیل خاص{0}} تسهیلات باشد که شامل هزینه سرمایه، هزینه تعمیر و نگهداری، و قرار گرفتن در معرض ضرر تولید باشد. یک مدل صفحه گسترده ساده با این اجزای هزینه، اطلاعات مورد نیاز برای تصمیم گیری را فراهم می کند.

برای تأسیسات خدمات سفیدکننده هیپوکلریت که گزینه‌های مبدل حرارتی را ارزیابی می‌کنند، انتخاب مواد باید بر اساس هزینه کل مالکیت در طول عمر مورد انتظار باشد، نه فقط هزینه سرمایه یا عملکرد حرارتی. یک واحد تیتانیوم با هزینه سرمایه کمتر ممکن است در صورت نیاز به تعویض مکرر هزینه طول عمر بالاتری داشته باشد.

مهندسان تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای سفید کننده هیپوکلریت یا سایر خدمات اکسید کننده ارزیابی می کنند، می توانند یک بازنگری طراحی را در مورد غلظت هیپوکلریت، دمای عملیاتی، pH، فشار عملیاتی، و الزامات عمر مفید ارزیابی کنند تا تأیید کنند که انتخاب مواد با شرایط خدمات واقعی و ساختار هزینه تاسیسات مطابقت دارد.