Augstspiediena fermentācijas traukos (piem., fermentācija ar skābi elementu analīzei, hidrotermiskai sintēzei) PFA-iekapsulētā sildītāja maksimālais pieļaujamais spiediens 200 grādu temperatūrā ir 2–3 bar (30–45 psi) 2 mm sieniņu biezumam. Tas ir daudz zemāks par 30–100 bāriem, kas raksturīgi gremošanas traukiem. Ierobežojošais faktors ir PFA šļūdes pārrāvuma izturība pie 200 grādiem, kas nokrītas līdz 3–5 MPa. Izmantojot plānas-sienu spiedtvertnes formulu σ=P × D / (2 × t), ar D=25 mm, t=2 mm, σ=5 MPa, P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 bar (orētiskais). Tomēr šļūde samazina pieļaujamo spiedienu par 50–75% ilgstošai darbībai (1,000+ stundas). Drošs darba spiediens ir 2–3 bāri. Tipiskiem fermentācijas traukiem, kas darbojas ar 50–100 bāriem, PFA sildītājus nevar izmantot tieši. Tā vietā izmantojiet ārējo apsildi (jaku, cepeškrāsni) vai izolējiet sildītāju zema spiediena zonā (piem., sānu svira ar spiediena barjeru). Nekad nespiediet PFA sildītājā virs 5 bāriem pie 200 grādiem.
Spiediena ierobežojumi paaugstinātā temperatūrā
PFA ātri zaudē mehānisko izturību virs 150 grādiem. Pie 200 grādiem stiepes izturība ir 6–8 MPa (īstermiņa), un šļūdes pārrāvuma izturība pie 1000 stundām ir tikai 2–4 MPa. Projektētajam spriegumam nepārtrauktai darbībai jābūt mazākam par 1,5 MPa vai vienādam ar to. Izmantojot formulu P=2 × σ × t / D:
| PFA siena (mm) | Dizaina spriegums (MPa) pie 200 grādiem | Caurules OD (mm) | Maksimālais spiediens (bar) | Drošs darba spiediens (bar) | Pieteikums |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | Ļoti zems spiediens |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | Zems spiediens |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | Margināls |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | Pieņemams ļoti zemam spiedienam |
| 2.0 | 3.0 (īstermiņa-termiņš) | 25 | 4.8 | - | Tikai īsām ekskursijām |
Tipiskai 50 bar šķelšanai nepieciešamais sienas biezums būtu t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 mm - neiespējams.
Sildītāju veidu salīdzinājums augsta spiediena{0}}gremošanai
| Sildītāja veids | Maksimālais spiediens pie 200 grādiem (bar) | Sienas biezums | Piemērots 50-100 bāriem? | Alternatīva |
|---|---|---|---|---|
| PFA{0}}iekapsulēts (2 mm) | 1–2 | 2 mm | Nē | Ārējā apkure |
| PFA{0}}iekapsulēts (5 mm) | 5–8 | 5 mm | Nē (joprojām pārāk zems) | Nav praktiski |
| Tērauda{0}}apvalks (Incoloy) | 100+ | 0,5 mm metāls | Jā (bet nav ķīmiski izturīgs) | Nepieciešama kuģa PFA odere |
| Kvarcs / stikls | Tikai ārēji | N/A | Nē (trausls) | Kuģis ar apvalku |
| Titāns (apvalks) | 100+ | 1 mm metāls | Jā | Kodīgam servisam |
| Ārējā apkure (jaka, krāsns) | Kuģis novērtēts | N/A | Jā | Ieteicams kuģiem ar PFA{0}}oderējumu |
Praktisks risinājums gremošanas traukiem
Ja jums ir jāuzsilda fermentācijas trauks, kas pārklāts ar PFA, lai nodrošinātu ķīmisko izturību, nenovietojiet PFA sildītāju augsta spiediena{0}}zonā. Tā vietā:
Ārējā sildīšanas joslaap metāla trauku ar PFA starpliku. PFA starplika redz spiedienu un ķīmisko uzbrukumu; sildītājs ir ārā.
Cepeškrāsns apkure: ievietojiet visu fermentācijas trauku 200 grādu piespiedu{0}}gaisa krāsnī. PFA starplika apstrādā ķīmiju; krāsns nodrošina siltumu.
Sānu roku recirkulācija: cirkulējiet fermentācijas vidi caur PFA siltummaini ārpus augsta spiediena zonas, izmantojot sūkni. PFA siltummaini var konstruēt zemākam spiedienam (2–3 bar), jo spiediena kritums ir neliels.
Spiediena karstā ūdens vanna: iegremdējiet fermentācijas trauku 200 grādu karstā ūdens vannā zem spiediena (nepieciešams autoklāvs). Vanna silda trauku no ārpuses.
Lauka piemērs
Laboratorijā tika veikta hidrotermiskā sintēze 200 grādu temperatūrā un 60 bāru spiedienā PFA{2}}izklātā tērauda traukā. Viņi mēģināja izmantot iegremdētu PFA sildītāju (2 mm siena), lai uzsildītu šķīdumu. Sildītājs sabruka pie 10 bāriem (īsumā no mērķa). Viņi pārgāja uz ārējo sildīšanas apvalku (3 kW joslas sildītājs uz tērauda ārējā trauka). PFA starplika palika neskarta. Kuģis droši sasniedza 200 grādu un 60 bāru spiedienu. Sildītājs bija ārpusē, tāpēc spiediens nebija problēma.
Drošības vadlīnijas
Nekad nepārsniedziet 5 bārus nevienam PFA sildītājam 200 grādu temperatūrā neatkarīgi no sienas biezuma.
For pressure >3 bāri, izmantojiet tikai ārējo apkuri.
Uzstādiet spiediena samazināšanas vārstu, kas iestatīts uz 3 bāriem uz jebkura tvertnes, kurā ir iegremdēts PFA sildītājs, kas darbojas 200 grādu leņķī.
Pārraugiet, vai PFA apvalkā nav pietūkuma vai pūslīšu; tie norāda uz nenovēršamu šļūdes atteici.
Secinājums: maksimāli 2–3 bāri PFA sildītājam pie 200 grādiem
Maksimālais pieļaujamais spiediens PFA sildītājam augstspiediena fermentācijas traukā 200 grādu temperatūrā ir 2–3 bar, kas ir daudz zemāks par 50–100 bar, kas raksturīgs šādiem procesiem. PFA zaudē mehānisko izturību augstā temperatūrā, un šļūde samazina sprādziena spiedienu līdz nedrošam līmenim. Augsta-spiediena fermentācijai izmantojiet ārējo apsildi (jaku, cepeškrāsni) vai izolējiet PFA sildītāju zema-spiediena recirkulācijas cilpā. Nekad nepaļaujieties uz PFA sildītāju kā komponentu, kura spiediens{11}}satur virs 3 bar 200 grādu temperatūrā. Polimērs ložņās, uzbriest un plīsīs. Turiet zemu spiedienu vai turiet sildītāju ārpusē. Gremošanas procesā PFA ir paredzēts ķīmiskai izturībai, nevis spiediena ierobežošanai. Izprotiet ierobežojumu, atbilstoši projektējiet un strādājiet droši. Jūsu traukam jābūt spiedienam; jūsu sildītājam nevajadzētu. Atdaliet funkcijas, gūstiet panākumus.
