ECTFE، که اغلب با نام تجاری Halar شناخته می شود، یک پسر عموی کمتر شناخته شده-در خانواده فلوروپلیمرها است. از نظر شیمیایی به اندازه PTFE جهانی نیست و گرما را بهتر هدایت نمی کند. در واقع، رسانایی حرارتی آن در همان توپی سست است. اما ECTFE مجموعهای از قدرتهای مکانیکی کاملاً متفاوت را برای طراح مبدل حرارتی به ارمغان میآورد: نسبت به PTFE نرم و انعطافپذیر، بهطور قابلتوجهی قویتر، سفتتر و در برابر ساییدگی توسط ذرات ساینده مقاومتر است. داستان حرارتی آن در مورد رسانایی خام نیست، بلکه در مورد چقرمگی مکانیکی است که به آن اجازه می دهد در جایی که PTFE به طور مکانیکی از بین می رود زنده بماند.
هدایت حرارتی: یک تفاوت حاشیه ای
هنگام مقایسهECTFE در مقابل هدایت حرارتی لوله PTFEاعداد، داستان واضحی از برابری نزدیک به-با اندکی ضرر برای ECTFE نشان میدهند. PTFE هدایت حرارتی تقریباً 0.25 W/m·K را در دمای اتاق نشان می دهد. در مقابل، ECTFE دارای مقدار تقریباً 0.15 W/m·K است. این تفاوت 0.10 W/m·K به این معنی است که برای یک مبدل با هندسه، نرخ جریان و ضخامت دیواره یکسان، یک بسته لوله ECTFE گرما را با کارایی کمتری نسبت به یک بسته PTFE منتقل می کند. مقاومت حرارتی دیواره لوله تحت تأثیر کندی ذاتی پلیمر است. هیچ یک از این دو ماده فوق ستاره حرارتی نیستند.
در عمل، هدایت کمتر ECTFE به ندرت عامل محدود کننده در عملکرد کلی مبدل حرارتی است. مقاومتهای غالب معمولاً روی لایههای مرزی مایع، لایههای رسوبدهنده یا ضریب همرفتی سمت پوسته قرار دارند. در نتیجه، جریمه حرارتی متوسط انتخاب ECTFE نسبت به PTFE اغلب ناچیز است-معمولاً در حدود 2 تا 5٪ در ضریب انتقال حرارت کلی- و به راحتی با مزایای مکانیکی که ECTFE ارائه میکند جبران میشود.
برتری مکانیکی: چرا ECTFE در نبرد سایش برنده می شود؟
دلیل انتخاب یک بسته لوله ECTFE نسبت به یک PTFE کاملاً مکانیکی است. PTFE یک ماده نرم و قابل تغییر شکل با مقاومت سایشی کم است. در یک جریان سریع که حاوی ذرات سخت است (مانند شن، ریز سنگ معدن، نمک های متبلور یا ریز کاتالیزور)، لوله های PTFE به سرعت سایش سطح را ایجاد می کنند. غلاف نرم فرسایش می یابد، ضخامت دیواره کاهش می یابد و در نهایت نشتی سوراخ ایجاد می شود. برای یک مبدل حرارتی در یک سرویس دوغاب معدنی یا یک حلقه راکتور شیمیایی با مواد جامد، یک بسته PTFE ممکن است در هفتهها یا ماهها از کار بیفتد.
با این حال، ECTFE استحکام کششی بسیار بالاتری دارد-معمولاً 45 تا 50 مگاپاسکال در مقابل 20 تا 30 مگاپاسکال PTFE- و مقاومت به سایش بسیار بالاتری دارد. سفتی بالاتر آن (مدول خمشی تقریباً 1400 مگاپاسکال در مقابل{9}} مگاپاسکال برای PTFE) به لولههای ECTFE اجازه میدهد تا در برابر لرزش ناشی از سیال و ضربههای مکانیکی بدون فروریختن یا فرسودگی مقاومت کنند. ECTFE محافظ سخت و مقاوم در برابر سایش دنیای فلوروپلیمر است که لمسی از کمال حرارتی و شیمیایی PTFE را برای انعطافپذیری بیرحمانه و مکانیکی قربانی میکند که خدمات را در تهاجمیترین محیطهای ذرات ممکن میسازد.
مزایای مکانیکی اضافی
سازه های خود نگهدار:از آنجایی که ECTFE سفتی بالاتری دارد، میتوان آن را در دستههای لولهای که نیاز به تکیهگاههای میانی کمتری دارند، ساخت. این امر طراحی مبدل را ساده کرده و افت فشار را کاهش می دهد.
قابلیت پردازش مذاب:برخلاف PTFE که نمیتوان آن را ذوب کرد و باید تف جوشی شود، ECTFE یک ترموپلاستیک واقعی است. می توان آن را با استفاده از تجهیزات معمولی پردازش پلیمر اکسترود، جوش و آستر کرد. این اجازه می دهد تا لوله های بدون درز و طولانی با ضخامت دیواره ثابت داشته باشید.
مقاومت در برابر ضربه:ECTFE انعطاف پذیری را حتی در دماهای پایین حفظ می کند و در هنگام نصب یا شرایط ناراحت کننده کمتر مستعد شکستگی شکننده است.
حدود عملیات شیمیایی و حرارتی
ECTFE کوپلیمری از اتیلن و کلروتری فلوئورواتیلن است. مقاومت شیمیایی آن، در حالی که در برابر اکثر اسیدهای معدنی، بازها و اکسید کننده ها عالی است، به اندازه PTFE جهانی نیست. به عنوان مثال، ECTFE توسط اسید سولفوریک گرم و غلیظ یا حلال های کلردار قوی مورد حمله قرار می گیرد. PTFE تقریباً تا دمای سرویس خود نسبت به تمام مواد شیمیایی بی اثر می ماند.
حداکثر دمای سرویس مداومبرای لوله های ECTFE در مبدل تقریباً 150 درجه (302 درجه فارنهایت) است. PTFE، در زمینه غلاف بخاری غوطهوری، معمولاً تا 110 درجه (230 درجه فارنهایت) برای سرویس مرطوب مداوم درجهبندی میشود، اگرچه برخی از فرمولهای PTFE میتوانند در کاربردهای خشک به 200 درجه برسند. حد حرارتی کمی بالاتر از ECTFE می تواند در برخی خدمات متراکم یا مایع با دمای بالا سودمند باشد.
دستورالعمل های کاربردی: چه زمانی باید کدام ماده را انتخاب کرد
| اموال | PTFE | ECTFE (هالار) |
|---|---|---|
| هدایت حرارتی (W/m·K) | ~0.25 | ~0.15 |
| استحکام کششی (MPa) | 20–30 | 45–50 |
| مقاومت در برابر سایش | کم | بالا |
| حداکثر دمای سرویس (درجه) | 110 (غوطه وری) | 150 |
| مقاومت شیمیایی | جهانی | بسیار خوب است، اما جهانی نیست |
| پردازش پذیری | فقط زینترینگ | قابل پردازش مذاب (اکستروژن، جوشکاری) |
انتخاب کنیدلوله های PTFEوقتی:
محیط شیمیایی بسیار تهاجمی است (به عنوان مثال، اسید هیدروفلوئوریک با غلظت بالا، دی اکسید کلر، یا گونه های فلوئوردار).
هیچ ذره یا مواد جامد ساینده در سیال وجود ندارد.
کمترین مقاومت حرارتی ممکن مورد نظر است.
انتخاب کنیدلوله های ECTFEوقتی:
سیال حاوی ذرات ساینده (دوغاب، محلول های کریستالیزه کننده یا کاتالیزورها) است.
مقاومت مکانیکی، مقاومت در برابر ضربه یا تحمل لرزش مورد نیاز است.
دمای عملیاتی کمی بالاتر (تا 150 درجه) مورد نیاز است.
دسته های لوله خود نگهدار یا ساخت جوش ترجیح داده می شود.
نتیجه گیری: یک تصمیم مکانیکی، نه حرارتی
انتخاب بین ECTFE و یک بسته لوله PTFE برای مبدل حرارتی یک تصمیم حرارتی نیست، بلکه یک تصمیم مکانیکی است. ECTFE برنده نبرد در برابر سایش و استرس فیزیکی به قیمت از دست دادن اندک در هدایت حرارتی و کاهش اندک مقاومت شیمیایی جهانی است. برای کاربردهایی که شامل مایعات تمیز و بدون ذرات و تهاجمی ترین مواد شیمیایی هستند، PTFE استاندارد باقی می ماند. برای جابجایی دوغاب، عملیات استخراج، یا هر فرآیندی که در آن مواد جامد متحرک با سطح لوله تماس پیدا می کنند، چقرمگی برتر ECTFE آن را به انتخاب صحیح و ماندگارتر تبدیل می کند. بهترین ماده آن است که بتواند در محیط فیزیکی و نه فقط شیمیایی زنده بماند.
