چگونه عملکرد مبدل حرارتی PTFE با FEP در خنک کننده شیمیایی دمای پایین- متفاوت است؟

دو ماده ای که در دمای پایین شبیه به هم هستند

FEP و PTFE هر دو پلیمرهای پرفلورینه هستند و هر دو در برابر سیالات خنک کننده رایج مورد استفاده در پردازش شیمیایی مقاومت می کنند: آب سرد، محلول های گلیکول، آب نمک و مبرد. در دماهای بین 0 تا 50 درجه، مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی دو ماده مشابه است و انتخاب اغلب بر اساس هزینه انجام می شود.

FEP کوپلیمری از تترافلوئورواتیلن و هگزافلوئوروپروپیلن است. کومونومر هگزافلوئوروپروپیلن کریستالینی بودن پلیمر را مختل می کند و ویسکوزیته مذاب را کاهش می دهد که به FEP اجازه می دهد تا با اکستروژن مذاب پردازش شود. FEP دارای حداکثر دمای سرویس مداوم 200 درجه است، در مقایسه با 260 درجه برای PTFE.

PTFE یک هموپلیمر از تترا فلوئورواتیلن است. ساختار خطی بلورینگی بالاتری ایجاد می‌کند که به PTFE استحکام کششی بالاتر، مقاومت در برابر خزش بهتر و دمای سرویس مداوم بالاتر می‌دهد. PTFE را نمی توان ذوب-فرآوری کرد، بنابراین با قالب گیری فشرده سازی و تف جوشی ساخته می شود.

مقایسه رسانایی حرارتی

FEP و PTFE رسانایی حرارتی مشابهی دارند. PTFE دارای رسانایی 0.25 W/m·K و FEP دارای رسانایی 0.24 W/m·K است. این تفاوت ناچیز است و بر مساحت سطح مورد نیاز برای بار حرارتی معین تأثیر نمی گذارد.

ضریب انتقال حرارت کلی برای هر دو ماده تحت تأثیر مقاومت فیلم سیال است، نه مقاومت دیوار. در سرویس خنک‌کننده مایع به مایع، ضریب کلی یک مبدل حرارتی PTFE معمولاً 200-300 W/m²·K است و ضریب مبدل حرارتی FEP اساساً یکسان است. انتخاب بین این دو ماده را نمی توان بر اساس عملکرد حرارتی انجام داد.

تفاوت مقاومت در برابر خستگی فلکس

مقاومت در برابر خستگی فلکس توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر خمش و خمش مکرر بدون ترک خوردن است. FEP به دلیل بلورینگی کمتر و ساختار مولکولی انعطاف پذیرتر، مقاومت خستگی خمشی کمتری نسبت به PTFE دارد.

در سرویس خنک‌کننده شیمیایی دمای پایین، خستگی انعطاف‌پذیر می‌تواند در مبدل‌های حرارتی که در معرض لرزش، چرخه حرارتی یا حرکت مکانیکی هستند رخ دهد. با انبساط و انقباض مبدل حرارتی لوله ها خم می شوند و خم شدن مکرر می تواند باعث ایجاد ترک در دیواره لوله شود.

PTFE مقاومت خستگی خمشی بالاتری نسبت به FEP دارد که آن را برای سرویس هایی که لوله ها در معرض خمش مکرر هستند مناسب می کند. FEP برای سرویس هایی مناسب است که لوله ها به طور صلب پشتیبانی می شوند و در معرض حرکت قابل توجهی نیستند.

تفاوت مقاومت در برابر نفوذ

نفوذ عبارت است از انتشار گاز یا مایع از طریق پلیمر. FEP به دلیل بلورینگی کمتر و ساختار مولکولی بازتر، نرخ نفوذ بالاتری نسبت به PTFE دارد.

در سرویس خنک‌کننده شیمیایی دمای پایین، اگر سیال خنک‌کننده حاوی گازهای محلول باشد یا سیال فرآیند به آلودگی حساس باشد، نفوذ می‌تواند نگران‌کننده باشد. نفوذ اکسیژن یا دی اکسید کربن از طریق دیواره لوله می تواند بر شیمی فرآیند تأثیر بگذارد و نفوذ سیال فرآیند از طریق دیواره لوله می تواند سیال خنک کننده را آلوده کند.

PTFE نرخ نفوذ کمتری نسبت به FEP دارد که آن را برای سرویس هایی که نفوذ نگران کننده است مناسب می کند. FEP برای خدماتی که نفوذ فاکتور مهمی نیست مناسب است.

تفاوت قابلیت دما

FEP دارای حداکثر دمای سرویس مداوم 200 درجه است، در حالی که PTFE دارای حداکثر دمای سرویس مداوم 260 درجه است. در دمای پایین، هر دو ماده به خوبی در محدوده خدمات خود قرار دارند و تفاوت قابلیت دما بر انتخاب تأثیری ندارد.

اگر شرایط فرآیند تغییر کند، تفاوت قابلیت دما مهم می شود. اگر سرویس سرمایش بعداً به سرویس گرمایش تبدیل شود یا اگر دمای کار افزایش یابد، ممکن است واحد FEP مناسب نباشد و واحد PTFE مورد نیاز باشد.

مقایسه دو ماده در سرمایش شیمیایی با دمای پایین{0}

جدول زیر ویژگی‌های عملکرد و هزینه مبدل‌های حرارتی PTFE و FEP را در سرویس خنک‌کننده شیمیایی دمای پایین در 10 درجه با محلول 30٪ گلیکول خلاصه می‌کند.

ارزش کل هزینه‌های پنج ساله ارزش تولید 400 دلار در ساعت را در نظر می‌گیرد و شامل هزینه سرمایه، هزینه نصب، و هزینه نگهداری در طول پنج سال می‌شود. هزینه کل پنج ساله اساساً برابر است زیرا هزینه سرمایه کمتر FEP با هزینه نگهداری بالاتر جبران می شود.

وقتی FEP انتخاب بهتری است

FEP در چندین برنامه خاص انتخاب بهتری است.

سرویس با دمای پایین-بدون خم شدن.در دماهای کمتر از 50 درجه و با لوله های محکم پشتیبانی شده، FEP مانند PTFE با هزینه سرمایه کمتر عمل می کند.

سرویس نفوذ غیر مهم-.هنگامی که نفوذ گازها یا مایعات از طریق دیواره لوله نگران کننده نیست، FEP کافی است.

مورد نیاز عمر کوتاهزمانی که انتظار می رود مبدل حرارتی 10 سال یا کمتر عمر مفید داشته باشد، FEP مناسب و کم هزینه است.

برنامه های کاربردی حساس به هزینه-.هنگامی که بودجه سرمایه محدود می شود، FEP عملکرد مناسب را با هزینه کمتر ارائه می دهد.

خدمات خنک کننده استانداردبرای خدمات خنک کننده استاندارد بدون نیازهای شیمیایی یا مکانیکی غیر معمول، FEP کافی است.

وقتی PTFE انتخاب بهتری است

PTFE در چندین برنامه خاص انتخاب بهتری است.

خدمات انعطاف پذیر.هنگامی که لوله‌ها در معرض لرزش، چرخه حرارتی یا حرکت مکانیکی قرار می‌گیرند، PTFE مقاومت خستگی خمشی بالاتری نسبت به FEP دارد.

سرویس حساس به نفوذ-.هنگامی که نفوذ گازها یا مایعات از طریق دیواره لوله نگران کننده است، PTFE نرخ نفوذ کمتری نسبت به FEP دارد.

سرویس با دمای{0}بالا.هنگامی که دمای کار ممکن است از 200 درجه تجاوز کند، PTFE مورد نیاز است زیرا FEP نرم شده و استحکام خود را از دست می دهد.

مورد نیاز عمر طولانی.هنگامی که انتظار می رود مبدل حرارتی 15 سال یا بیشتر عمر مفید داشته باشد، PTFE انتخاب بهتری است زیرا استحکام مکانیکی بالاتر و مقاومت در برابر خزش بهتری دارد.

خدمات با خلوص-بالا.هنگامی که سیال فرآیند به آلودگی حساس است، PTFE نسبت به FEP دارای نرخ نفوذ کمتر و قابلیت استخراج کمتری است.

ویژگی های طراحی که بر انتخاب تأثیر می گذارد

چندین ویژگی طراحی بر انتخاب بین PTFE و FEP تأثیر می گذارد.

فاصله پشتیبانی لولهفاصله نگهدارنده لوله نزدیک تر، خم شدن لوله ها را کاهش می دهد، که نیاز به خستگی خم را کاهش می دهد و امکان استفاده از FEP را فراهم می کند.

سرعت جریان.سرعت جریان بیشتر باعث افزایش ارتعاش و خم شدن لوله ها می شود که به نفع PTFE است.

فرکانس چرخه حرارتیچرخه حرارتی مکرر باعث افزایش خم شدن لوله ها می شود که به نفع PTFE است.

حساسیت سیال فرآیندسیالات فرآیند حساس تر به نرخ نفوذ کمتری نیاز دارند که به نفع PTFE است.

حاشیه دمای عملیاتییک حاشیه بزرگتر بین دمای عملیاتی و حد مواد انعطاف پذیری بیشتری را برای تغییرات فرآیند آینده فراهم می کند که به نفع PTFE است.

پارامترهای مشخصات برای خنک‌سازی شیمیایی با دمای پایین-

مهندسان تجهیزاتی که مبدل‌های حرارتی PTFE و FEP را برای خنک‌سازی شیمیایی دمای پایین ارزیابی می‌کنند، باید پارامترهای زیر را با تامین‌کننده تأیید کنند.

شیمی سیال خنک کنندهترکیب مایع خنک کننده، از جمله غلظت گلیکول، آب نمک، یا سایر مواد افزودنی را مشخص کنید.

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

حساسیت سیال فرآیندحساسیت سیال فرآیند به آلودگی ناشی از نفوذ را مشخص کنید.

شرایط خم شدنارتعاش، چرخه حرارتی و حرکت مکانیکی که لوله ها تجربه خواهند کرد را مشخص کنید.

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

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

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

قابلیت تعمیر و نگهداریقابلیت نگهداری تاسیسات را مشخص کنید.

مطابقت انتخاب مواد با شرایط سرویس خنک کننده

انتخاب بین مبدل‌های حرارتی PTFE و FEP در خنک‌سازی شیمیایی با دمای پایین{0}به شرایط خمش، حساسیت نفوذ، نیاز به عمر مفید و حساسیت هزینه بستگی دارد. FEP برای سرویس‌های دمای پایین{2}}بدون نگرانی در مورد خمش و نفوذ کافی است و هزینه کمتری نیز دارد. PTFE برای خدمات با خم شدن، نگرانی های نفوذ یا نیاز به طول عمر طولانی مورد نیاز است.

تصمیم انتخاب باید بر اساس یک{0}تحلیل ویژه تسهیلات باشد که شامل هزینه سرمایه، هزینه نصب، هزینه نگهداری و تلفات تولید می شود. یک مدل صفحه گسترده ساده با این اجزای هزینه، اطلاعات مورد نیاز برای تصمیم گیری را فراهم می کند.

برای تأسیسات خنک‌کننده شیمیایی با دمای پایین{0}}که گزینه‌های مبدل حرارتی را ارزیابی می‌کنند، انتخاب مواد باید براساس هزینه کل مالکیت در طول عمر مورد انتظار باشد، نه فقط هزینه سرمایه. یک واحد FEP با هزینه سرمایه کمتر ممکن است هزینه طول عمر بالاتری داشته باشد اگر نیاز به تعویض مکرر داشته باشد.

مهندسان تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای خنک‌کننده‌های شیمیایی در دمای پایین{0} یا سایر خدمات خورنده ارزیابی می‌کنند، می‌توانند برای تأیید اینکه انتخاب مواد با شرایط واقعی سرویس و ساختار هزینه مطابقت دارد، یک بازنگری طراحی شامل شیمی سیال خنک‌کننده، دمای عملیاتی، حساسیت سیال فرآیند، شرایط انعطاف‌پذیری، و الزامات عمر مفید را ارزیابی کنند.