محدودیت های عملکرد هیترهای غوطه وری PTFE در مقابل سیلیکون کاربید چیست؟

یک کارخانه فرآوری شیمیایی برای گرم کردن حمام اسید سولفوریک 30 درصد تا دمای 110 درجه لازم است. بخاری غوطه وری PTFE موجود پس از هشت ماه از کار افتاده بود و تیم تعمیر و نگهداری کاربید سیلیکون را به عنوان جایگزین در نظر می گرفت. کاربید سیلیکون هدایت حرارتی بالاتر و قابلیت دمای بالاتر را ارائه می دهد. اما همچنین گرانتر و شکننده تر بود. این تصمیم مستلزم درک این بود که PTFE در کجا به حد خود می رسد و کجا کاربید سیلیکون انتخاب بهتری است.

PTFE و کاربید سیلیکون موقعیت های مختلفی را در طیف مواد گرمکن غوطه وری اشغال می کنند. PTFE در مقاومت شیمیایی در وسیع ترین طیف شیمی برتری دارد، اما به دلیل هدایت حرارتی کم و سقف دمای متوسط ​​محدود است. کاربید سیلیکون رسانایی حرارتی بالاتر و قابلیت دمای بالاتر را ارائه می دهد، اما گران تر، شکننده تر است و به طور کلی از نظر شیمیایی مقاوم نیست.

رسانایی حرارتی و محدودیت های چگالی وات

کاربید سیلیکون دارای رسانایی حرارتی 120-200 W/m·K بسته به درجه و خلوص است. این 500 تا 800 برابر بیشتر از PTFE است. نتیجه عملی این است که یک بخاری کاربید سیلیکون می تواند در تراکم وات 10-20 W/cm² کار کند، در حالی که یک بخاری PTFE در اکثر حمام های آبی به 1.0-1.5 W/cm² محدود می شود.

این تفاوت به این معنی است که یک بخاری کاربید سیلیکون می تواند بسیار فشرده تر از یک بخاری PTFE با همان وات باشد. یک بخاری 6 کیلوواتی کاربید سیلیکون ممکن است فقط به 300-600 سانتی متر مربع مساحت نیاز داشته باشد، در حالی که یک بخاری PTFE به 5000-6000 سانتی متر مربع نیاز دارد. در مخازن با فضای بخاری محدود، کاربید سیلیکون یک مزیت آشکار دارد.

مقایسه هدایت حرارتی و چگالی وات برای مواد گرمکن غوطه وری

قابلیت دما

حد سرویس مداوم PTFE برای گرمایش غوطه ور 110-120 درجه است. بالاتر از این محدوده، پلیمر نرم می شود، ثبات ابعادی را از دست می دهد و نفوذپذیرتر می شود. کاربید سیلیکون استحکام و مقاومت شیمیایی خود را تا 1500 درجه یا بالاتر حفظ می‌کند، اگرچه محدودیت عملی برای گرمکن‌های غوطه‌وری توسط مهر و موم و سیال فرآیند تعیین می‌شود، نه خود ماده.

برای حمام هایی که در دمای بالای 100 درجه کار می کنند، PTFE در حد عملی یا فراتر از آن است. کاربید سیلیکون، کوارتز و تیتانیوم موادی هستند که می توانند دماهای بالاتر را تحمل کنند. کاربید سیلیکون مخصوصاً برای خدمات اسیدی با دمای بالا مناسب است که در آن تیتانیوم خورده می شود و کوارتز در شرایط قلیایی حل می شود.

محدودیت های دما برای مواد گرمکن غوطه وری

مرزهای مقاومت شیمیایی

PTFE تقریباً در برابر تمام مواد شیمیایی صنعتی به جز فلزات قلیایی مذاب و فلوئور عنصری مقاومت می کند. این بی اثرترین ماده شیمیایی است که معمولاً در بخاری های غوطه وری استفاده می شود. این مقاومت گسترده مزیت اصلی آن است.

کاربید سیلیکون در دماهای متوسط ​​در برابر اکثر اسیدها از جمله اسیدهای سولفوریک، نیتریک، هیدروکلریک و هیدروفلوریک مقاومت می کند. در دماهای بالا توسط قلیاهای مذاب و توسط عوامل اکسید کننده قوی مورد حمله قرار می گیرد. برای محلول های سوزاننده غلیظ داغ یا حمام های حاوی فلوئور آزاد مناسب نیست.

مقایسه مقاومت شیمیایی برای مواد بخاری غوطه وری

دوام مکانیکی و حمل و نقل

PTFE نرم و انعطاف پذیر است. بدون ترک خوردگی در برابر ضربه مقاومت می کند اما مستعد جریان سرد و خراش سطح است. کاربید سیلیکون سخت و شکننده است. در برابر سایش و حمله شیمیایی مقاومت می کند اما در صورت افتادن یا ضربه خوردن می تواند خرد شود. بخاری کاربید سیلیکون باید در هنگام نصب و تمیز کردن با دقت مورد استفاده قرار گیرد.

در مخازنی که ممکن است قطعات کار یا قفسه ها با بخاری تماس بگیرند، کاربید سیلیکون در معرض آسیب مکانیکی است. PTFE در تماس اتفاقی بیشتر می بخشد، اگرچه می توان آن را با لبه های تیز برش داد. تیتانیوم بین این دو قرار می‌گیرد-به اندازه‌ای که در برابر بیشتر تماس‌ها مقاومت می‌کند، اما به اندازه سایر مواد در سرویس‌های تهاجمی از نظر شیمیایی مقاوم نیست.

هزینه و هزینه کل مالکیت

بخاری‌های کاربید سیلیکون به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از بخاری‌های PTFE- اغلب دو تا سه برابر قیمت خرید برای همان وات هستند. هزینه بالاتر تا حدی خود مواد و تا حدی پیچیدگی ساخت آب بندی کاربید سیلیکون به فلنج فلزی است.

در کاربردهایی که PTFE عملکرد مناسبی دارد، هزینه کمتر و عمر مفید PTFE آن را به انتخاب اقتصادی تبدیل می کند. در کاربردهای-درجه حرارت یا وات بالا{2}}که PTFE مناسب نیست، کاربید سیلیکون ممکن است تنها گزینه ای باشد که کار می کند.

مقایسه هزینه برای مواد بخاری غوطه وری در یک دوره-ده ساله

وقتی PTFE به محدودیت های خود می رسد

PTFE انتخاب مناسبی برای حمام های زیر 100 درجه است، با نیازهای وات که می تواند در فضای مخزن موجود برآورده شود، و با مواد شیمیایی شامل قلیایی، اسیدهای مخلوط و HF. این ماده از نظر شیمیایی همه کاره ترین ماده و ایمن ترین انتخاب در شرایط نامشخص بودن شیمی است.

PTFE در مخازنی که سطح مورد نیاز نمی تواند مناسب باشد و در کاربردهایی که چگالی وات بالاتری از کاربید سیلیکون برای کاهش اندازه یا هزینه بخاری مورد نیاز است، به مرزهای بالای 100 درجه می رسد.

وقتی سیلیکون کاربید انتخاب بهتری است

کاربید سیلیکون برای حمام‌های اسیدی با دمای بالا، برای نصب‌های فشرده که فضای بخاری محدود است، و برای کاربردهایی که چگالی وات بالاتر تعداد بخاری‌های مورد نیاز را کاهش می‌دهد، انتخاب بهتری است. برای حمام های قلیایی یا برای کاربردهایی که احتمال ضربه مکانیکی وجود دارد مناسب نیست.

پیکربندی سفارشی بخاری غوطه‌وری PTFE با چگالی وات کم، سطح بزرگ و دسترسی جریان بهبود یافته، دامنه PTFE را به کاربردهایی که بخاری‌های استاندارد از کار می‌افتند، گسترش می‌دهد. فرآیند مشخصات به شیمی حمام، دمای عملیاتی، ابعاد مخزن و وات مورد نیاز نیاز دارد. برای امکاناتی با حمام که PTFE را به حد خود می رساند، این رویکرد{2}}ویژه برنامه راه حلی را ارائه می دهد که ممکن است محصولات استاندارد نباشد.