یک کارخانه تکمیل فلز که یک خط آندایزینگ اسید کرومیک را در 55 درجه اجرا می کند، برای جایگزینی یک بخاری غوطه وری ناموفق مورد نیاز است. تیم تعمیر و نگهداری دو گزینه داشت: یک بخاری PTFE-روکش دار و یک بخاری با روکش PVDF-. هر دو از نظر دما و شیمی رتبه بندی شدند. گزینه PVDF ارزان تر بود. گزینه PTFE سابقه طولانی تری در نصب های مشابه داشت. این تصمیم به مقایسه ای منجر شد که اغلب به عنوان "PTFE بهتر است" یا "PVDF ارزان تر است" بیش از حد ساده شده است.
PTFE و PVDF هر دو فلوروپلیمر با مقاومت شیمیایی عالی هستند. هر دو در برابر اسید کرومیک در غلظت ها و دماهای معمولی آندایزینگ مقاومت می کنند. اما آنها از نظر خواص حرارتی، مقاومت مکانیکی، مقاومت در برابر نفوذ و هزینه متفاوت هستند. در سرویس اسید کرومیک، این تفاوت ها تعیین می کند که کدام ماده هزینه کل مالکیت کمتری را ارائه می دهد.
مقاومت شیمیایی در اسید کرومیک
اسید کرومیک یک عامل اکسید کننده قوی است. PTFE و PVDF هر دو در غلظت ها و دماهای مورد استفاده در آندایز کردن معمولاً 5-10٪ CrO3 در 40-60 درجه در برابر اکسیداسیون مقاومت می کنند. هیچ یک از مواد تحت شرایط عملیاتی عادی مورد حمله قرار نمی گیرند.
این تفاوت در دماها یا غلظت های بالاتر ظاهر می شود. PTFE مقاومت شیمیایی خود را تا 260 درجه حفظ می کند. PVDF در بالای 150 درجه شروع به نرم شدن و تخریب می کند و مقاومت شیمیایی آن بالای 120 درجه کاهش می یابد. در سرویس اسید کرومیک در دمای 55 درجه، هر دو ماده به خوبی در محدوده ایمن خود قرار دارند، اما PTFE در صورت نوسان دمای فرآیند یا گرمای بیش از حد موضعی، حاشیه بیشتری را فراهم می کند.
| مواد | دمای سرویس مداوم | حداکثر دما در اسید کرومیک | مقاومت در برابر اکسیداسیون | مقاومت در برابر نفوذ |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 260 درجه | 200 درجه + | عالی | عالی |
| PVDF | 150 درجه | 120 درجه | خوب | متوسط |
| FEP | 200 درجه | 150 درجه | خیلی خوبه | خوب |
| PFA | 260 درجه | 200 درجه + | عالی | عالی |
محدودیت های شیمیایی و حرارتی برای مواد غلاف فلوروپلیمر در سرویس اسید کرومیک
هدایت حرارتی و چگالی وات
PVDF دارای رسانایی حرارتی تقریباً 0.20 W/m·K است که کمی کمتر از 0.25 W/m·K PTFE است. این بدان معناست که PVDF به چگالی وات کمتری برای دمای غلاف یکسان یا سطح بزرگتری برای همان وات نیاز دارد.
در عمل، تفاوت کم است. یک بخاری PVDF ممکن است به 10 تا 15 درصد مساحت سطح بیشتری نسبت به بخاری PTFE برای همان کار در دمای غلاف یکسان نیاز داشته باشد. در مخازن با فضای محدود، این تفاوت می تواند مهم باشد. در مخازن با فضای کافی، این یک عامل تعیین کننده نیست.
| مواد | هدایت حرارتی | چگالی وات ایمن در اسید کرومیک | سطح برای 5 کیلو وات | ردپای نسبی |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1.2-1.5 W/cm² | 3300-4200 سانتی متر مربع | پایه |
| PVDF | 0.20 W/m·K | 1.0-1.3 W/cm² | 3800-5000 سانتی متر مربع | 10-20٪ بزرگتر |
| FEP | 0.24 W/m·K | 1.2-1.4 W/cm² | 3500-4200 سانتی متر مربع | مشابه |
| PFA | 0.26 W/m·K | 1.2-1.5 W/cm² | 3300-4200 سانتی متر مربع | مشابه |
رسانایی گرمایی و سطح مورد نیاز برای غلاف های فلوروپلیمر در کرومیک اسید
استحکام مکانیکی و دوام
PTFE یک پلیمر نرم است. مستعد جریان سرد تحت بار فشاری است، به همین دلیل است که اتصالات فلنجی نیاز به اینترلاک مکانیکی یا بازگردانی مکرر دارند. PVDF سخت تر و سفت تر از PTFE است. در برابر جریان سرد بهتر مقاومت می کند و شکل خود را تحت بار نگه می دارد.
در آندایز کردن با اسید کرومیک، جایی که قفسه ها و قطعات کار ممکن است در حین بارگیری و تخلیه با بخاری تماس بگیرند، سختی بیشتر PVDF مقاومت بهتری در برابر آسیب های مکانیکی ایجاد می کند. یک گوج در PTFE می تواند یک مکان هسته برای رسوب و یک مسیر برای نفوذ شیمیایی ایجاد کند. همین تاثیر روی PVDF ممکن است فقط یک اثر سطحی باقی بگذارد.
همچنین PVDF نسبت به PTFE در برابر سایش مقاومت بیشتری دارد. در مخازن با مواد جامد معلق یا تمیز کردن مکرر، PVDF سطح خود را برای مدت طولانی تری حفظ می کند. یک سطح صاف در برابر چسبندگی پوسته مقاوم است و تمیز کردن آن آسان تر است.
| خواص مکانیکی | PTFE | PVDF | مزیت |
|---|---|---|---|
| سختی (شور D) | 50–60 | 70–80 | PVDF |
| استحکام کششی | 20-30 مگاپاسکال | 40-55 مگاپاسکال | PVDF |
| مقاومت در برابر جریان سرد | بیچاره | خوب | PVDF |
| مقاومت در برابر سایش | متوسط | خوب | PVDF |
| مقاومت در برابر ضربه | متوسط | متوسط - خوب | PVDF |
مقایسه خواص مکانیکی غلاف بخاری PTFE و PVDF
نفوذ و عمر سرویس
نفوذ، انتشار آهسته گونه های شیمیایی از طریق غلاف پلیمری است. در سرویس اسید کرومیک، نفوذ به یون های کروم و رطوبت اجازه می دهد تا به عایق MgO برسند و مقاومت عایق را کاهش داده و در نهایت باعث شکست می شوند.
PTFE مقاومت نفوذ بهتری نسبت به PVDF دارد، به ویژه در دماهای بالا. زنجیره‌های فلوئوروکربن در PTFE نسبت به زنجیره‌های PVDF که حاوی اتم‌های هیدروژن هستند که فضاهایی را در ساختار پلیمر ایجاد می‌کنند، محکم‌تر و تحرک کمتری دارند. در اسید کرومیک در دمای 55 درجه، یک غلاف PTFE ممکن است دو برابر یک غلاف PVDF طول بکشد تا به همان سطح نفوذ برسد.
نتیجه عملی عمر سرویس است. بخاری PVDF در سرویس اسید کرومیک ممکن است ۲ تا ۳ سال دوام بیاورد. یک بخاری PTFE در همان سرویس ممکن است 4 تا 6 سال دوام بیاورد. عمر طولانی تر PTFE قیمت خرید بالاتر آن را در طول عمر نصب جبران می کند.
| مواد | زمان مقاومت عایق<50 MΩ | عمر مورد انتظار در کرومیک اسید | نرخ نفوذ نسبی |
|---|---|---|---|
| PTFE | 24-48 ماه | 4-6 سال | 1× |
| PVDF | 12-24 ماه | 2-3 سال | 2–3× |
| FEP | 18-36 ماه | 3-4 سال | 1.5–2× |
| PFA | 24-48 ماه | 4-6 سال | 1× |
نرخ نفوذ و عمر مفید غلاف های فلوروپلیمر در کرومیک اسید در 55 درجه
مقایسه هزینه در طول زمان
بخاری های PVDF معمولاً 20 تا 30٪ کمتر از بخاری های PTFE با وات و پیکربندی مشابه قیمت دارند. در کاربردهای شیمیایی با درجه حرارت پایین و ملایم{4} که هر دو ماده به یک اندازه دوام می آورند، PVDF انتخاب اقتصادی است.
در سرویس اسید کرومیک، عمر کوتاه تر PVDF قیمت خرید پایین تر آن را جبران می کند. در طی یک دوره-ده ساله، یک بخاری PVDF ممکن است به 3 تا 5 تعویض نیاز داشته باشد، در حالی که یک بخاری PTFE به 2 مورد نیاز دارد. کار و زمان خرابی برای هر تعویض به تفاوت هزینه می‌افزاید.
| مواد | قیمت خرید | عمر خدمات | تعویض های 10 ساله | کل هزینه 10 ساله |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | پایه | 4-6 سال | 2 | 2× قیمت خرید |
| PVDF | 0.7-0.8× خط پایه | 2-3 سال | 3–5 | 2.1-4.0× خط پایه |
| FEP | 0.8-0.9× خط پایه | 3-4 سال | 2–3 | 1.6-2.7× خط پایه |
| PFA | 1.1-1.3× خط پایه | 4-6 سال | 2 | 2.2-2.6× خط پایه |
مقایسه هزینه غلاف بخاری فلوئوروپلیمری در یک دوره{0}ده ساله در سرویس اسید کرومیک
وقتی PVDF انتخاب بهتری است
PVDF زمانی که غلظت اسید کرومیک کم است، دما متوسط است و مخزن فضای محدودی دارد که به یک بخاری فشرده تر کمک می کند، انتخاب بهتری است. همچنین برای کاربردهایی که دوام مکانیکی مهمتر از مقاومت در برابر نفوذ است، مانند مخازن با بارگیری و تخلیه مکرر که خطر تماس بخاری را به همراه دارد، مناسب است.
PVDF برای سرویس{0}کرومیک اسید با دمای بالا، برای حمام هایی که ممکن است بیش از 80 درجه باشد، یا برای کاربردهایی که بخاری باید بیش از سه سال بدون تعویض کار کند، مناسب نیست.
وقتی PTFE انتخاب بهتری است
PTFE برای اکثر کاربردهای آندایزینگ اسید کرومیک انتخاب بهتری است. مقاومت در برابر نفوذ بیشتر، حاشیه دمای بیشتر و عمر طولانی تر، قیمت خرید بالاتر را توجیه می کند. در مخازنی که جایگزینی بخاری مخرب است-مخازن بزرگ، خطوط تولید حیاتی، یا دسترسی به تأسیسات سخت--{5}} عمر طولانی‌تر PTFE یک مزیت مهم است.
پیکربندی سفارشی بخاری غوطه وری PTFE با چگالی وات کم، سطح بزرگ و محفظه های ترمینال مهر و موم شده، عمر مفید را بیشتر می کند. فرآیند مشخصات به غلظت اسید کرومیک، دمای عملیاتی، ابعاد مخزن و وات مورد نیاز نیاز دارد. برای تأسیساتی که خطوط آندایزینگ اسید کرومیک را اجرا می‌کنند، این رویکرد خاص{2}}کاربردی خدمات قابل اعتمادی را ارائه می‌کند که ممکن است PVDF کوتاهی کند.
