یک کارخانه شیمیایی دو بخاری غوطه وری PTFE را برای مخازن یکسان سفارش داد. یکی دارای غلاف PTFE 1.5 میلی متری بود. دیگری غلاف 2.5 میلی متری داشت. هر دو برای وات و ولتاژ یکسان رتبه بندی شدند. بعد از هجده ماه، بخاری غلاف نازک-هنوز عملکرد خوبی داشت. بخاری ضخیم-روکش دار از کار افتاده بود-نه به دلیل نفوذ، بلکه به دلیل گرمای بیش از حد موضعی. غلاف ضخیم‌تر مقاومت حرارتی کافی برای فشار دادن دمای سطح به محدوده تخریب اضافه کرده بود.
ضخامت غلاف یکی از مهم ترین تصمیمات در مشخصات بخاری غوطه وری PTFE و یکی از کمترین درک است. غلاف ضخیم تر مسیر نفوذ طولانی تری و دوام مکانیکی بهتری را فراهم می کند. اما مقاومت حرارتی را نیز اضافه می کند و دمای سطح را برای هر چگالی وات معینی افزایش می دهد. چگالی وات ایمن به ضخامت غلاف بستگی دارد.
مقاومت حرارتی غلاف PTFE
گرما باید قبل از رسیدن به سیال فرآیند از غلاف PTFE عبور کند. مقاومت حرارتی غلاف با ضخامت آن متناسب و با هدایت حرارتی آن نسبت معکوس دارد. برای PTFE در 0.25 W/m·K، یک غلاف 1.5 میلی متری تقریباً 6 درجه کاهش دما در 1.0 W/cm² اضافه می کند. یک غلاف 2.5 میلی متری تقریباً 10 درجه اضافه می کند. یک غلاف 3.5 میلی متری تقریباً 14 درجه اضافه می کند.
این افت دما به افت همرفتی در سطح و افت های داخلی در سراسر پرکننده و غلاف فلزی اضافه می شود. سطح کل-به-شکاف توده، دمای عملیاتی واقعی پلیمر را تعیین می‌کند.
| ضخامت غلاف | مقاومت حرارتی | سطح ΔT در 1.0 W/cm² | سطح ΔT در 1.5 W/cm² | مسیر نفوذ نسبی |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 میلی متر | کم | 4 درجه | 6 درجه | کوتاه |
| 1.5 میلی متر | متوسط | 6 درجه | 9 درجه | متوسط |
| 2.0 میلی متر | متوسط – زیاد | 8 درجه | 12 درجه | طولانی |
| 2.5 میلی متر | بالا | 10 درجه | 15 درجه | طولانی تر |
| 3.0 میلی متر | خیلی بالا | 12 درجه | 18 درجه | طولانی ترین |
مقاومت حرارتی و مسیر نفوذ برای ضخامت های غلاف PTFE معمولی
چرا با افزایش ضخامت غلاف، چگالی وات ایمن کاهش می یابد؟
چگالی وات ایمن چگالی واتی است که دمای سطح را در محدوده ایمن برای پلیمر نگه می دارد. با افزایش ضخامت غلاف، مقاومت حرارتی افزایش می یابد، بنابراین دمای سطح برای هر چگالی وات معین افزایش می یابد. برای حفظ دمای سطح در محدوده ایمن، چگالی وات باید کاهش یابد.
برای غلاف 1.5 میلی متری در حمام 60 درجه، چگالی وات 1.4 W/cm² ممکن است دمای سطح را زیر 100 درجه نگه دارد. برای یک غلاف 2.5 میلی متری در همان حمام، چگالی وات ایمن به 1.0-1.2 W/cm² کاهش می یابد. غلاف ضخیم تر به چگالی وات کمتری برای رسیدن به دمای سطح یکسان نیاز دارد.
| ضخامت غلاف | حداکثر چگالی وات برای سطح<100°C | حداکثر چگالی وات برای سطح<110°C | حداکثر چگالی وات برای سطح<120°C |
|---|---|---|---|
| 1.0 میلی متر | 1.8 وات بر سانتی متر مربع | 2.0 وات بر سانتی متر مربع | 2.2 وات بر سانتی متر مربع |
| 1.5 میلی متر | 1.4 وات بر سانتی متر مربع | 1.6 وات بر سانتی متر مربع | 1.8 وات بر سانتی متر مربع |
| 2.0 میلی متر | 1.2 وات بر سانتی متر مربع | 1.4 وات بر سانتی متر مربع | 1.6 وات بر سانتی متر مربع |
| 2.5 میلی متر | 1.0 وات بر سانتی متر مربع | 1.2 وات بر سانتی متر مربع | 1.4 وات بر سانتی متر مربع |
| 3.0 میلی متر | 0.8 وات بر سانتی متر مربع | 1.0 وات بر سانتی متر مربع | 1.2 وات بر سانتی متر مربع |
حداکثر چگالی وات برای ضخامت های مختلف غلاف و محدودیت دمای سطح
مبادله-بین دوام و انتقال حرارت
غلاف ضخیم تر دوام مکانیکی بهتر و مسیر نفوذ طولانی تری را فراهم می کند. اما همچنین به چگالی وات کمتری نیاز دارد، که به معنای سطح بیشتر برای همان وات است. بخاری بزرگتر و گرانتر می شود.
ضخامت غلاف بهینه بستگی به کاربرد دارد. برای خدمات ملایم، یک غلاف نازک (1.0-1.5 میلی متر) دوام کافی را فراهم می کند و تراکم وات بالاتری را امکان پذیر می کند. برای سرویس های تهاجمی، یک غلاف ضخیم تر (2.0-3.0 میلی متر) مقاومت شیمیایی بهتری ایجاد می کند اما به چگالی وات کمتر و بخاری بزرگتر نیاز دارد.
| وضعیت خدمات | ضخامت غلاف توصیه شده | حداکثر چگالی وات | اندازه نسبی بخاری |
|---|---|---|---|
| خفیف،<60°C, clean fluids | 1.0-1.5 میلی متر | 1.4-1.8 W/cm² | فشرده |
| متوسط، 60-70 درجه | 1.5-2.0 میلی متر | 1.2-1.4 W/cm² | متوسط |
| تهاجمی، 70-80 درجه | 2.0-2.5 میلی متر | 1.0-1.2 W/cm² | بزرگتر |
| بسیار تهاجمی، 80-90 درجه | 2.5-3.0 میلی متر | 0.8-1.0 W/cm² | بزرگترین |
| سرویس HF یا{0}}دمای بالا | 3.0 میلی متر + | 0.6-0.8 W/cm² | خیلی بزرگه |
ضخامت غلاف و چگالی وات توصیه شده بر اساس شرایط سرویس
تطبیق ضخامت غلاف با چگالی وات
ضخامت غلاف و چگالی وات باید با هم انتخاب شوند. یک غلاف ضخیم با چگالی وات بالا دمای سطح غیر قابل قبولی را ایجاد می کند. یک غلاف نازک با چگالی وات کم از نظر حرارتی کارآمد است اما ممکن است در شیمی تهاجمی مقاومت کافی در برابر نفوذ ایجاد نکند.
روش عملی این است که ابتدا ضخامت غلاف را بر اساس شیمی و دما انتخاب کنید، سپس چگالی وات را انتخاب کنید که دمای سطح را در محدوده ایمن برای آن ضخامت نگه دارد. یک غلاف 2.5 میلی‌متری در 1.0 وات بر سانتی‌متر مربع ممکن است در همان دمای سطحی غلاف 1.5 میلی‌متری با 1.4 وات بر سانتی‌متر مربع کار کند، اما غلاف ضخیم‌تر مقاومت در برابر نفوذ و دوام مکانیکی بهتری را ایجاد می‌کند.
زمانی که ضخامت استاندارد کافی نیست
برخی از کاربردها به ضخامت غلاف یا ترکیبات چگالی وات نیاز دارند که بخاری های استاندارد ارائه نمی دهند. یک مخزن با شیمی بسیار تهاجمی در دمای بالا ممکن است به یک غلاف 3.0 میلی‌متری در 0.8 وات بر سانتی‌متر مربع- نیاز داشته باشد، ترکیبی که به یک سطح بزرگ و یک پیکربندی سفارشی نیاز دارد.
پیکربندی سفارشی بخاری غوطه وری PTFE اجازه می دهد تا ضخامت غلاف و چگالی وات برای کاربرد خاص بهینه شود. فرآیند مشخصات به شیمی حمام، دمای عملیاتی، عوامل خطر مکانیکی و وات مورد نیاز نیاز دارد. برای امکاناتی با کاربردهای سخت، این رویکرد دوام و انتقال حرارت را با دقت بیشتری نسبت به انتخاب محصول استاندارد متعادل می کند.
