بخاریهای غوطهوری PTFE ابزاری برای گرمایش مایع خورنده هستند، اما فنآوریهای گرمایش جایگزین-بهویژه بخاریهای فیلم نازک{1} و ضخیم-فیلم-در حال حک کردن سولههایی هستند که فاکتورهای شکل منحصربهفرد آنها مزایایی را ارائه میدهند. درک این جایگزین ها زمینه ای را برای جایی که بخاری های PTFE بی همتا باقی می مانند، فراهم می کند. بخاریهای چاپی انعطافپذیر و طرحهای ضخیم-روی- سرامیکی به عنوان گزینههای مناسب برای محیطهای خورنده خاص ظاهر میشوند و مهندسان را برای تجدیدنظر در رویکرد غوطهوری سنتی به چالش میکشد.
تعریف فناوریهای گرمایش لایه نازک و ضخیم-
بخاریهای انعطافپذیر نازک-
یک -هیتر فیلم نازک از یک لایه مقاومتی تشکیل شده است-فیل فلزی معمولاً حکاکی شده (مس، نیکل-کروم) یا یک جوهر کربن/نقره رسانا- که بر روی یک بستر پلیمری انعطافپذیر رسوب میکند. بسترهای رایج شامل پلی آمید (کاپتون)، پلی استر یا لاستیک سیلیکونی است. ضخامت کل اغلب کمتر از 0.5 میلی متر است. این بخاری ها را می توان به شکل های سفارشی برش داد، دور سطوح منحنی پیچید یا مستقیماً به بیرون مخزن، لوله ها یا مخازن واکنش چسباند.
دمای عملیاتی برای طرحهای مبتنی بر پلیآمید به 200 درجه میرسد، در حالی که نسخههای لاستیک سیلیکونی معمولاً حداکثر 230 درجه هستند. چگالی توان از 1 تا 10 وات بر سانتی متر مربع بسته به نیازهای فرورفتگی حرارت و دما متغیر است.
ضخیم-هیترهای چاپ شده با فیلم
یک رویکرد متفاوت شامل-فناوری فیلم ضخیم است. یک خمیر مقاوم-متشکل از اکسیدهای فلز، روتنیوم، یا نقره-پالادیوم{4}}روی یک بستر سرامیکی (آلومینا، نیترید آلومینیوم یا بریلیا) روی صفحه چاپ میشود و در دمای 850 تا 1000 درجه پخت میشود. مسیر مقاومتی به دست آمده بادوام، مقاوم در برابر اکسیداسیون-و از نظر شیمیایی بی اثر است. یک پوشش شیشه ای یا دی الکتریک اختیاری از مدار در برابر جوهای خورنده محافظت می کند.
ضخیم-فیلم-روی-هیترهای سرامیکی سفت، نازک (1 تا 3 میلی متر) و دارای چگالی توان بسیار بالا (تا 50 وات بر سانتی متر مربع) و دما (تا 500 تا 800 درجه) هستند. بستر سرامیکی آنها به خودی خود در برابر بسیاری از اسیدها و قلیاها مقاومت می کند، البته نه در محدوده وسیعی که PTFE می تواند تحمل کند.
مزایای نسبی نسبت به بخاری های غوطه ور PTFE
بخاری های غوطه وری PTFE در غوطه ور شدن مستقیم در مایعات تهاجمی-اسیدهای داغ، مواد سوزاننده و حلال های آلی{1}}بدون خوردگی یا آلودگی برتری دارند. با این حال، آنها حجیم هستند، برای نصب نیاز به نفوذ در مخزن دارند و در صورت ناکافی بودن جریان، می توانند نقاط داغ موضعی ایجاد کنند. جایگزینهای لایه نازک-و لایه ضخیم- برخی از این محدودیتها را در سناریوهای خاص برطرف میکنند.
سازگاری و صرفه جویی در فضا
بخاری های نازک انعطاف پذیر{0} را می توان در قسمت بیرونی مخزن یا لوله اعمال کرد و محتویات را از طریق دیوار گرم می کند. عدم غوطه وری به معنای عدم وجود سوراخ در مخزن، عدم خطر نشتی و عدم جذب بخاری حجم داخلی است. برای کشتیهای کوچک یا سیستمهایی که فضای داخلی ارزشمند است، این رویکرد گرمایش خارجی سودمند است. به عنوان مثال، یک بخاری قابل انعطاف که دور یک خط تغذیه شیمیایی با پوشش PTFE{4}}پیچیده شده است، بدون تماس هیچ جزء با مایع تهاجمی، محافظت در برابر یخ زدگی را فراهم می کند.
توزیع یکنواخت حرارت
بخاریهای غوطهوری PTFE قدرت را در یک ناحیه محلی-در طول سیم مقاومت فلزی محصور در PTFE متمرکز میکنند. برای توزیع یکنواخت گرما به گردش یا هم زدن مایع نیاز است. در مقابل، یک بخاری نازک-فیلم متصل به یک سطح صاف یا منحنی میتواند چگالی توان بسیار یکنواختی را در کل ناحیه خود ارائه دهد. برای جبران تلفات لبهها یا شرایط مختلف سینک حرارتی، میتوان لایه-ضخیم-روی-گرمکنهای سرامیکی را با الگوهای مقاومتی سفارشی طراحی کرد. این یکنواختی برای واکنشهای حساس به دما یا هنگام گرم کردن مایعات راکد ارزشمند است.
پاسخ حرارتی سریعتر
جرم حرارتی کم بخاریهای فیلم نازک و نازک- چرخههای گرمایش و سرمایش سریع را ممکن میسازد. یک بخاری پلی آمید 0.1 میلی متری به تغییرات توان در چند ثانیه پاسخ می دهد، در حالی که یک بخاری غوطه ور PTFE با غلاف ضخیم فلوئوروپلیمری (اغلب 3-6 میلی متر) دارای تاخیر حرارتی قابل توجهی است. برای فرآیندهایی که نیاز به مدولاسیون دما یا تغییرات مکرر نقطه تنظیم دارند، طرحهای نازک- عملکرد دینامیکی بهتری ارائه میدهند.
محدودیت ها در مقایسه با بخاری های غوطه وری PTFE
شایان ذکر است کهفناوری گرمایش لایه نازک جایگزین PTFEدر اکثر وظایف خورنده مستقیم-غوطه وری جایگزین نسخه اصلی نمی شود. لایه های پلی آمید و لاستیک سیلیکونی توسط اسیدهای قوی، بازها و حلال های آلی مورد حمله قرار می گیرند. حتی با پوششهای محافظ، این بخاریهای انعطافپذیر را نمیتوان در حمامهای در حال جوش اسید سولفوریک یا اسید کرومیک غوطهور کرد-دقیقاً در جایی که بخاریهای غوطهوری PTFE برای سالها کار میکنند.
لایه ضخیم-روی-سرامیک مقاومت شیمیایی بهتری ارائه میدهد. سرامیک آلومینا اسیدهای زیادی را تحمل می کند اما به آرامی در قلیاهای قوی و اسید هیدروفلوئوریک حل می شود. خود خمیر مقاوم ممکن است در برابر برخی مواد شیمیایی آسیب پذیر باشد. در حالی که روکش شیشه ای کمک می کند، هیچ بخاری-سرامیکی با بی اثری تقریباً جهانی{{7} PTFE در کل محدوده pH از -1 تا 14 در دماهای بالا مطابقت ندارد.
محدودیت دیگر شکنندگی است. بخاریهای سرامیکی ضخیم{1}}میتوانند در اثر شوک حرارتی یا ضربه مکانیکی ترک بخورند. بخاری های نازک انعطاف پذیر-از نظر فیزیکی قوی هستند اما از نظر شیمیایی تخریب می شوند. بخاریهای غوطهوری PTFE، در مقابل، سخت، مقاوم در برابر ضربه هستند و چرخه حرارتی سریع را بدون خرابی تحمل میکنند.
برنامه های کاربردی کاربردی که در آن جایگزین ها اکسل هستند
در برنامههای خاص، بخاریهای لایه نازک یا ضخیم- در حال حاضر انتخاب ارجح هستند:
گرمایش مخزن خارجی:یک بخاری قابل انعطاف که به بیرون از یک ظرف شیمیایی کوچک PTFE یا PFA چسبانده شده است، گرم شدن ملایم را بدون هیچ گونه جزء خیس شده فراهم می کند. این امر در نیمکتهای مرطوب نیمهرسانا برای محلولهای مقاوم نوری یا توسعهدهنده قبل از گرمایش رایج است.
محافظت در برابر یخ زدگی لوله و منیفولد:بخاریهای نازک-فیلم پیچیده شده در اطراف خطوط تغذیه شیمیایی، سیالیت را بدون استفاده از گرمکنهای غوطهوری یا نوار حرارتی حفظ میکنند.
ابزارهای تحلیلی:بخاریهای سیال خطی برای سنسورهای pH یا پروبهای رسانایی از لایهای ضخیم بر روی عناصر سرامیکی برای کنترل سریع و دقیق دما در جریانهای حجم کوچک- (1 تا 50 میلیلیتر در دقیقه) استفاده میکنند.
راکتورهای دستهای-با خلوص بالا:برای رآکتورهای دارویی یا شیمیایی ظریف در مقیاس-در مقیاس کوچک (1 تا 20 لیتر)، یک بخاری فیلم ضخیم در کف یا دیواره راکتور گرمایش یکنواخت را بدون هیچ عنصر غوطهوری فراهم میکند، تمیز کردن را سادهتر میکند و خطرات آلودگی ناشی از خرابی مهر و موم بخاری را از بین میبرد.
مسیرهای توسعه آینده
هدف تحقیق در مورد بخاریهای فیلم نازک-روکش شده{1}}فلوروپلیمر، ترکیب انعطافپذیری و جرم کم مدارهای چاپی با مقاومت شیمیایی PTFE است. اسپری-روی یا آغشته کردن{4}}روی لایههای PFA یا FEP پوششدادهشده روی بخاری پلیآمید در دست توسعه است. در صورت موفقیت، چنین هیبریدی می تواند در خورنده های خفیف غوطه ور شود و در عین حال سازگاری را حفظ کند.
جهت دیگر شامل تولید افزودنی بخاری های سرامیکی است. نوشتن مستقیم جوهر یا چاپ جت آئروسل خمیرهای مقاوم بر روی سطوح پیچیده سه بعدی می تواند بخاری هایی ایجاد کند که با داخل ظرف مطابقت داشته باشد و گرمایش یکنواخت تری نسبت به میله غوطه وری سنتی ارائه دهد.
نتیجه گیری
در حالی که{0}}فناوریهای لایه نازک به بخشهای خاص-گرمایش خارجی، توزیع یکنواخت، واکنش سریع و فضا-طرحبندیهای محدود{3}}هیترهای غوطهوری PTFE به دلیل ترکیب منحصربهفرد بیاثر بودن و استحکام، انتخاب برتر برای غوطهور شدن مستقیم در مواد شیمیایی تهاجمی هستند. ظهور بخاریهای چاپی انعطافپذیر و فیلمهای ضخیم-روی-طرحهای سرامیکی نشاندهنده منسوخ شدن بخاریهای PTFE نیست. بلکه مجموعه ابزار مهندس را گسترش می دهد.فناوری گرمایش لایه نازک جایگزین PTFEبهتر است به عنوان یک گزینه مکمل برای برنامه های کاربردی خدمات غیر{0}}غوطه ور یا خفیف- درک شود. برای جوشاندن اسیدهای غلیظ، حمامهای حلال مخلوط، یا عملکرد طولانیمدت بدون نظارت در خطوط آبکاری خورنده، بخاری غوطهوری PTFE موقعیت خود را به عنوان معیار صنعت حفظ میکند. تنوع فنآوریهای گرمایش در نهایت به مهندسان اجازه میدهد تا راهحل بهینه را برای هر برنامه انتخاب کنند و از رویکرد یک-اندازه-براساس همه- دور شوند.
