در مخازن هضم فشار بالا (به عنوان مثال، هضم اسیدی برای تجزیه عنصری، سنتز هیدروترمال)، حداکثر فشار مجاز برای یک بخاری کپسوله شده PFA در 200 درجه 2-3 بار (30-45 psi) برای ضخامت دیواره 2 میلی متر است. این بسیار کمتر از 30 تا 100 بار معمولی عروق هضم است. عامل محدود کننده قدرت گسیختگی خزش PFA در 200 درجه است که به 3-5 مگاپاسکال کاهش می یابد. با استفاده از فرمول ظرف فشار دیواره نازک σ=P × D / (2 × t)، با D=25 میلیمتر، t{22}} میلیمتر، σ=5 MPa، P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 نوار (نوار نظری). با این حال، خزش فشار مجاز را 50 تا 75 درصد برای خدمات طولانی مدت (1،000+ ساعت) کاهش میدهد. فشار کار ایمن 2-3 بار است. برای مخازن هضم معمولی که در 50 تا 100 بار کار می کنند، بخاری های PFA نمی توانند مستقیماً استفاده شوند. درعوض، از گرمایش خارجی (ژاکت، اجاق گاز) استفاده کنید یا بخاری را در یک ناحیه{42}کم فشار (مثلاً یک بازو با مانع فشار) ایزوله کنید. هرگز بخاری PFA را بیش از 5 بار در 200 درجه تحت فشار قرار ندهید.
محدودیت های فشار در دمای بالا
PFA استحکام مکانیکی را به سرعت بالای 150 درجه از دست می دهد. در دمای 200 درجه، استحکام کششی 6 تا 8 مگاپاسکال (کوتاه مدت) و قدرت گسیختگی خزشی در 1000 ساعت تنها 2 تا 4 مگاپاسکال است. تنش طراحی برای سرویس مداوم باید کمتر یا مساوی 1.5 مگاپاسکال باشد. با استفاده از فرمول P=2 × σ × t / D:
| دیوار PFA (میلی متر) | استرس طراحی (MPa) در 200 درجه | لوله OD (mm) | حداکثر فشار (بار) | فشار کار ایمن (بار) | برنامه |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | فشار بسیار پایین |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | فشار کم |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | حاشیه ای |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | قابل قبول برای فشار بسیار کم |
| 2.0 | 3.0 (کوتاه مدت-) | 25 | 4.8 | - | فقط برای گشت و گذارهای کوتاه |
برای هضم معمولی 50 بار، ضخامت دیواره مورد نیاز t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 میلی متر - غیرممکن است.
مقایسه انواع بخاری برای هضم{0}فشار بالا
| نوع بخاری | حداکثر فشار در 200 درجه (بار) | ضخامت دیوار | برای 50 تا 100 بار مناسب است؟ | جایگزین |
|---|---|---|---|---|
| PFA{0}}کاپسوله شده (2 میلی متر) | 1–2 | 2 میلی متر | خیر | گرمایش خارجی |
| PFA{0}}درپوش (5 میلی متر) | 5–8 | 5 میلی متر | نه (هنوز خیلی کم است) | عملی نیست |
| غلاف فولادی- (Incoloy) | 100+ | فلز 0.5 میلی متر | بله (اما مقاوم در برابر مواد شیمیایی نیست) | به پوشش PFA رگ نیاز دارد |
| کوارتز / شیشه | فقط خارجی | N/A | خیر (شکننده) | ظرف ژاکت دار |
| تیتانیوم (غلاف) | 100+ | فلز 1 میلی متر | بله | برای سرویس خورنده |
| گرمایش خارجی (ژاکت، فر) | کشتی دارای رتبه | N/A | بله | برای کشتیهای دارای پوشش PFA{0}} ترجیح داده میشود |
راه حل عملی برای عروق هضم کننده
اگر برای مقاومت شیمیایی نیاز به گرم کردن یک ظرف هضم پوشش داده شده با PFA دارید، بخاری PFA را در ناحیه فشار قوی- قرار ندهید. در عوض:
باند گرمایش خارجیاطراف یک ظرف فلزی با آستر PFA. لاینر PFA فشار و حمله شیمیایی را می بیند. بخاری بیرون است
گرمایش فر: کل ظرف هضم را در اجاق گاز اجباری-در دمای 200 درجه قرار دهید. آستر PFA شیمی را کنترل می کند. فر گرما را فراهم می کند.
چرخش بازوی جانبی: محیط هضم را از طریق یک مبدل حرارتی PFA در خارج از ناحیه فشار بالا با استفاده از یک پمپ به گردش در آورید. مبدل حرارتی PFA را می توان برای فشار کمتر (2-3 بار) طراحی کرد زیرا افت فشار کم است.
حمام آب گرم تحت فشار: ظرف هضم را در حمام آب گرم تحت فشار 200 درجه فرو کنید (نیاز به اتوکلاو دارد). حمام ظرف را از بیرون گرم می کند.
مثال میدانی
یک آزمایشگاه سنتز هیدروترمال را در 200 درجه و 60 بار در یک ظرف فولادی{2}} با پوشش PFA انجام داد. آنها سعی کردند از یک بخاری غوطه ور PFA (دیواره 2 میلی متری) برای گرم کردن محلول استفاده کنند. بخاری در 10 بار (کمتر از هدف) سقوط کرد. آنها به یک ژاکت گرمایش خارجی (گرمکن باند 3 کیلو وات در ظرف بیرونی فولادی) تغییر مکان دادند. لاینر PFA دست نخورده باقی ماند. کشتی به طور ایمن به 200 درجه و 60 بار رسید. بخاری بیرون بود، بنابراین فشار مشکلی نداشت.
دستورالعمل های ایمنی
هرگز در هیچ بخاری PFA در 200 درجه، بدون توجه به ضخامت دیواره، از 5 بار تجاوز نکنید.
For pressure >3 بار، فقط از گرمایش خارجی استفاده کنید.
روی هر ظرفی که بخاری PFA غوطه ور در 200 درجه کار می کند، یک شیر فشار 3 بار نصب کنید.
غلاف PFA را از نظر تورم یا تاول کنترل کنید. اینها نشان دهنده شکست خزش قریب الوقوع است.
نتیجه گیری: حداکثر 2-3 بار برای بخاری PFA در 200 درجه
حداکثر فشار مجاز برای یک بخاری PFA در ظرف هضم{0} با فشار بالا در 200 درجه 2 تا 3 بار است که بسیار کمتر از 50 تا 100 بار معمولی برای چنین فرآیندهایی است. PFA در دمای بالا استحکام مکانیکی را از دست می دهد و خزش فشار ترکیدگی را تا سطوح ناامن کاهش می دهد. برای هضم فشار بالا، از گرمایش خارجی (ژاکت، اجاق) استفاده کنید یا بخاری PFA را در یک حلقه چرخش فشار کم- ایزوله کنید. هرگز به بخاری PFA بهعنوان فشاری{11}}که دارای جزء بالای 3 بار در 200 درجه است اعتماد نکنید. پلیمر خزش می کند، متورم می شود و پاره می شود. فشار را پایین نگه دارید یا بخاری را بیرون نگه دارید. در هضم، PFA برای مقاومت شیمیایی است، نه مهار فشار. محدودیت را درک کنید، مطابق با آن طراحی کنید و با خیال راحت کار کنید. کشتی شما باید دارای فشار باشد. بخاری شما نباید عملکردها را از هم جدا کنید، به موفقیت برسید.
