در حرارت دادن حلال آلی با فشار بالا (به عنوان مثال، تولوئن، استون، هگزان در 5-20 بار، 100-200 درجه)، یک سطح PFA زبر (Ra 1.0-1.5 میکرومتر) اغلب از سطح صاف (Ra < 0.2 میکرومتر) از نظر قابلیت انتقال حرارت 2 تا 3 × لایه لایه، بهتر از سطح صاف (Ra < 0.2 میکرومتر) است. مکانیسم کنترل هسته حباب است: سطوح صاف تشکیل حباب را سرکوب می کند، که منجر به گرمای بیش از حد و جوش شدید ناگهانی (برخوردگی) می شود. یک سطح زبر، مکانهای هستهزایی کنترلشدهای را فراهم میکند، که باعث ایجاد جوش حبابدار پایدار-با ضریب انتقال حرارت بالاتر میشود. بعلاوه، سطح زبر شده در برابر لایه لایه شدن تورم ناشی از حلال{16}مقاومت می کند، زیرا در هم تنیدگی مکانیکی بین PFA و هسته فلزی توسط سطح ناصاف داخلی (اگر قبل از اکستروژن سندبلاست) افزایش می یابد. برای حلالهای آلی که PFA را ضعیف خیس میکنند (زاویه تماس > 90 درجه)، سطح زبر تر شدنپذیری را بهبود میبخشد و خطر جوشیدن فیلم را کاهش میدهد. برای بهترین عملکرد، سطح بیرونی سندبلاست شده (Ra 1.0-1.5 میکرومتر) و سطح داخلی حکاکی شده شیمیایی را برای چسبندگی مشخص کنید.
جوش هسته ای و زبری سطح
در حلالهای آلی که تحت فشار گرم میشوند، شار حرارتی اغلب به اندازهای زیاد است که باعث ایجاد جوش در سطح PFA میشود. در یک سطح صاف، هستهزایی حباب به گرمای فوقالعاده قابل توجهی نیاز دارد (ΔT=10-30 درجه بالاتر از نقطه جوش). هنگامی که یک حباب تشکیل می شود، بزرگ می شود و به آرامی جدا می شود و باعث افزایش دمای محلی می شود. روی یک سطح زبر، حفرههای ریز (5 تا 20 میکرومتر) بخار را به دام میاندازند و به عنوان مکانهای هستهزایی دائمی عمل میکنند. حبابها در گرمای کمتر (2 تا 5 درجه) تشکیل میشوند، کوچکتر هستند و اغلب جدا میشوند و انتقال حرارت را افزایش میدهند. ضریب انتقال حرارت h می تواند 50 تا 100 درصد بیشتر در یک سطح زبر در همان شار حرارتی باشد.
برای تولوئن در 150 درجه، 10 بار: PFA صاف (Ra 0.1 میکرومتر) جوشیدن فیلم را در 8 W/cm² با درجه ΔT=40 نشان میدهد. PFA زبر شده (Ra 1.2 میکرومتر) جوشش هسته را تا 15 W/cm² با درجه ΔT=15 حفظ میکند.
مقایسه عملکرد در حلالهای آلی با فشار بالا{{0}
| حلال | فشار (بار) | دما (درجه) | پایان سطح | شار گرمای بحرانی (W/cm²) | ضریب انتقال حرارت (W/m²·K) | رژیم جوش | زندگی نسبی |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| تولوئن | 10 | 150 | صاف (0.1) | 6–8 | 1,500–2,000 | Film boiling at >6 | 1.0x |
| تولوئن | 10 | 150 | زبر شده (1.2) | 12–15 | 3,000–4,000 | هسته 12 | 2.5x |
| استون | 8 | 120 | صاف | 5–7 | 1,800–2,500 | ضربه زدن | 1.0x |
| استون | 8 | 120 | زبر شده | 10–12 | 3,500–5,000 | حباب های پایدار | 2.8x |
| هگزان | 5 | 100 | صاف | 4–6 | 1,200–1,800 | جوش شدید | 0.8x |
| هگزان | 5 | 100 | زبر شده | 8–10 | 2,500–3,500 | کنترل شده است | 2.2x |
| اتانول | 12 | 180 | صاف | 7–9 | 2,000–2,500 | سوپر گرما | 1.2x |
| اتانول | 12 | 180 | زبر شده | 14–16 | 4,000–5,500 | پایدار | 2.5x |
اتصال مکانیکی برای چسبندگی
سطح داخلی غلاف PFA (در مقابل هسته فلزی) نیز از زبری بهره می برد. سندبلاست هسته فلزی به Ra 2-4 میکرومتر قبل از اکستروژن PFA باعث ایجاد در هم قفل شدن مکانیکی می شود. PFA به داخل نازکهای سطحی جریان مییابد و خود را محکم میکند. در حلالهای آلی با فشار بالا، سیال ممکن است کمی PFA را متورم کند (0.5-2٪ افزایش حجم). یک رابط صاف (Ra < 0.5 میکرومتر) می تواند تحت تنش تورم لایه لایه شود. یک رابط ناهموار (Ra > 2 میکرومتر) چسبندگی را حفظ می کند زیرا PFA در شکاف ها قفل شده است. این برای قابلیت اطمینان طولانی مدت بسیار مهم است.
برای حداکثر کارایی، مشخص کنید:
سطح بیرونی: سندبلاست به Ra 1.0-1.5 میکرومتر (برای هسته زایی حباب)
سطح داخلی (هسته فلزی): سندبلاست به Ra 2.5-4.0 میکرومتر (برای چسبندگی)
سطح هسته فلزی: برای حذف ذرات سست و ایجاد نانو-تخلخل، پس از سندبلاست به صورت شیمیایی اچ می شود
وقتی سطح صاف بهتر است
سطوح صاف PFA همچنان برای موارد زیر ترجیح داده می شوند:
گرمایش بدون-جوش، تک فاز-: بدون حباب، بنابراین زبری فقط رسوب را افزایش می دهد.
خدمات با خلوص-بالا: سطوح ناهموار آلاینده ها را به دام می اندازند و تمیز کردن آنها سخت تر است.
سیالات متبلور یا پوسته پوسته شدن: فلس به شدت به سطوح ناهموار می چسبد.
خدمات فشار کم-<2 bar)جایی که جوشیدن نگران کننده نیست.
مثال میدانی
یک راکتور دارویی تولوئن را در 150 درجه، 10 بار با استفاده از یک گرم کننده PFA صاف گرم می کند. بخاری ضربه شدید - انفجار ناگهانی بخار - باعث نوسانات دما 15± درجه و ترک خوردگی PFA پس از 6 ماه شد. کارخانه به یک بخاری PFA زبر شده (Ra 1.3 میکرومتر بیرونی، Ra 3 میکرومتر هسته) تغییر مکان داد. ضربه متوقف شد، کنترل دما به 2± درجه بهبود یافت و بخاری 3+ سال دوام آورد. سندبلاست 100 دلار به هزینه بخاری اضافه کرد (15٪ حق بیمه). پس انداز ناشی از خرابی حذف شده برای آن در 2 ماه پرداخت شد.
بازرسی و نگهداری
برای بخاری های زبر در حال سرویس، موارد زیر را بررسی کنید:
رسوب کردن: سطوح ناهموار رسوبات را به دام می اندازند. با برس نرم و حلال ملایم (بدون مواد ساینده که سطح را صاف کند) تمیز کنید.
سایش سطحی: با گذشت زمان (3-5 سال)، فرسایش ممکن است قله ها را صاف کند. اگر Ra به زیر 0.8 میکرومتر افتاد، دوباره- سندبلاست یا تعویض کنید.
تست چسبندگی: به طور دوره ای مقاومت عایق را بررسی کنید. یک قطره نشان دهنده لایه لایه شدن در سطح مشترک ناهموار است - نادر است.
نتیجه گیری: سطح زبر جوش و چسبندگی را افزایش می دهد
برای گرم کردن حلال آلی با فشار بالا (5 تا 20 بار، 100 تا 200 درجه)، یک بخاری PFA با سطح سندبلاست زبر شده (Ra 1.0-1.5 میکرومتر) از نظر جوشش هسته پایدار، مقاومت بحرانی بالاتر در برابر شار حرارتی، 2 تا 3× بهتر از سطح صاف است. سطح بیرونی ناهموار، مکانهای هستهزایی حباب کنترلشده را فراهم میکند. سطح ناهموار داخلی چسبندگی را در برابر تورم ناشی از حلال{10}}افزایش میدهد. PFA سندبلاست شده را برای هر فرآیند حلال آلی که در آن جوش اتفاق می افتد، مشخص کنید. برای سرویسهای بدون{13}}جوش، فشار کم{14} یا با خلوص{15} بالا، صاف بهتر باقی میماند. سطح را با وظیفه مطابقت دهید. جوش نیاز به برجستگی دارد. برجستگی ها به ماسه نیاز دارند. سطح را سنباده بزنید، پایدار بجوشد، ماندگاری طولانی داشته باشد. در مواد ارگانیک، راف قوی است. صاف لغزنده است - و در حال جوشیدن فیلم می لغزد. خشن را انتخاب کنید.
