Molekulārā atšķirība, kas veicina pretestības plaisu
Atšķirība starp PTFE un PVDF ir oglekļa -ūdeņraža saitēs. PVDF ir vinilidēnfluorīda kopolimērs, un tā molekulārā struktūra satur oglekļa -ūdeņraža saites, kuras nav PTFE. Oglekļa-ūdeņraža saite ir vājāka nekā oglekļa-fluora saite, un tā ir vieta, kur sākas oksidācijas uzbrukums.
PTFE ir pilnībā fluorēts oglekļa pamats bez oglekļa{0}}ūdeņraža saitēm. Oglekļa -fluora saite ir viena no spēcīgākajām organiskajā ķīmijā, un tās saite ir aptuveni 485 kJ/mol. Oksidējošām skābēm nav pietiekami daudz enerģijas, lai pārtrauktu šo saiti temperatūrā, kas zemāka par 260 grādiem.
PVDF satur oglekļa -ūdeņraža saites ar saites enerģiju aptuveni 413 kJ/mol. Atšķirība ir aptuveni 15%, bet praktiskā ietekme uz oksidācijas pretestību ir daudz lielāka. Oksidācijas uzbrukums PVDF sākas pie oglekļa -ūdeņraža saites, un degradācija izplatās pa polimēra ķēdi. Oksidācijas ātrums palielinās līdz ar temperatūru un oksidējošās skābes koncentrāciju.
Oksidējošās skābes izturības salīdzinājums
PTFE un PVDF izturība pret oksidējošām skābēm ir atkarīga no konkrētās skābes, koncentrācijas un temperatūras.
Slāpekļskābe.PTFE iztur slāpekļskābi koncentrācijās līdz 70% un temperatūrā līdz 200 grādiem. PVDF ir izturīgs pret slāpekļskābi koncentrācijās līdz 50% un temperatūrā līdz 100 grādiem. Pārsniedzot šīs robežas, PVDF tiek uzbrukts, un materiāls degradējas.
Hromskābe.PTFE iztur hromskābi koncentrācijā līdz 50% un temperatūrā līdz 150 grādiem. PVDF ir izturīgs pret hromskābi koncentrācijās līdz 30% un temperatūrā līdz 80 grādiem. Pārsniedzot šīs robežas, PVDF tiek uzbrukts, un materiāls maina krāsu un trausls.
Perhlorskābe.PTFE iztur perhlorskābi koncentrācijā līdz 70% un temperatūrā līdz 150 grādiem. PVDF iztur perhlorskābi koncentrācijā līdz 30% un temperatūrā līdz 60 grādiem. Perhlorskābe ir īpaši agresīva pret PVDF, jo tai ir spēcīgs oksidācijas potenciāls.
Ūdeņraža peroksīds.PTFE iztur ūdeņraža peroksīdu koncentrācijā līdz 50% un temperatūrā līdz 100 grādiem. PVDF iztur ūdeņraža peroksīdu koncentrācijā līdz 30% un temperatūrā līdz 60 grādiem. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās rada skābekļa radikāļus, kas uzbrūk PVDF.
Siltumvadītspējas salīdzinājums
PTFE un PVDF ir līdzīga siltumvadītspēja. PTFE vadītspēja ir 0,25 W/m·K, un PVDF vadītspēja ir 0,19 W/m·K. Atšķirība ir neliela, un tā būtiski neietekmē nepieciešamo virsmas laukumu konkrētai siltuma slodzei.
Kopējā siltuma pārneses koeficientā abiem materiāliem dominē šķidruma plēves pretestības, nevis sienas pretestība. Šķidruma -uz-apkalpošanā PTFE siltummaiņa kopējais koeficients parasti ir 200–300 W/m²·K, un PVDF siltummaiņa koeficients parasti ir 180–280 W/m²·K. Atšķirība ir mazāka par 10%, kas ir siltuma pārneses aprēķina nenoteiktības robežās.
Tāpēc siltumvadītspējas salīdzinājums nedod priekšroku nevienam materiālam jēgpilnā veidā. Izvēlei jābūt balstītai uz ķīmisko saderību un mehāniskajām īpašībām.
Abu materiālu salīdzināšana oksidējošās skābes servisā
Nākamajā tabulā ir apkopoti PTFE un PVDF siltummaiņu veiktspējas un izmaksu raksturlielumi oksidējošās skābes darbībā 60 grādu temperatūrā ar 30% slāpekļskābi.
| Raksturīgs | PTFE siltummainis | PVDF siltummainis | Priekšrocība |
|---|---|---|---|
| Siltumvadītspēja | 0.25 W/m·K | 0.19 W/m·K | PTFE |
| Kopējais siltuma pārneses koeficients | 250 W/m²·K | 230 W/m²·K | PTFE |
| Maksimālā darba temperatūra | 260 grādi | 150 grādi | PTFE |
| Slāpekļskābes izturības robeža | 70% 200 grādos | 50% pie 100 grādiem | PTFE |
| Hromskābes izturības robeža | 50% 150 grādos | 30% 80 grādos | PTFE |
| Perhlorskābes izturības robeža | 70% pie 150 grādiem | 30% 60 grādos | PTFE |
| Ūdeņraža peroksīda izturības robeža | 50% pie 100 grādiem | 30% 60 grādos | PTFE |
| Mehāniskā izturība | Mērens | Augsts | PVDF |
| Maksimālais darba spiediens | 0,5 MPa | 1,0 MPa | PVDF |
| Kalpošanas laiks oksidējošās skābes servisā | 12-18 gadi | 5-8 gadi | PTFE |
| Kapitāla izmaksas par 30 kW nodevu | $28,000 | $19,000 | PVDF |
| Uzstādīšanas izmaksas | $3,000 | $3,000 | Vienlīdzīgi |
| Ikgadējās uzturēšanas izmaksas | $1,500 | $3,500 | PTFE |
| Piecu{0}}gadu kopējās izmaksas | $47,500 | $53,000 | PTFE |
Piecu{0}}gadu kopējo izmaksu vērtībās tiek pieņemta ražošanas vērtība 500 ASV dolāru stundā, un tās ietver kapitāla izmaksas, uzstādīšanas izmaksas un uzturēšanas izmaksas piecu gadu laikā.
Kad PVDF ir labāka izvēle
PVDF ir labāka izvēle vairākos īpašos lietojumos.
Zemas{0}}temperatūras pakalpojums.Temperatūrā, kas zemāka par 40 grādiem, PVDF bez grūtībām iztur lielāko daļu oksidējošo skābju, un zemākas kapitāla izmaksas dod priekšroku PVDF.
Zemas-koncentrācijas pakalpojums.Koncentrācijā, kas zemāka par 20%, PVDF iztur lielāko daļu oksidējošo skābju temperatūrā līdz 60 grādiem, un zemākas kapitāla izmaksas dod priekšroku PVDF.
Augsta spiediena{0}}serviss.PVDF ir augstāka mehāniskā izturība nekā PTFE un var izturēt lielāku spiedienu. Oksidējošās skābes izmantošanai spiedienā virs 5 bāriem PVDF var būt vienīgā dzīvotspējīgā iespēja.
Ne{0}}kritisks pakalpojums.Ja siltummainis procesam nav kritisks un nomaiņas izmaksas ir pieņemamas, PVDF nodrošina atbilstošu veiktspēju par zemākām izmaksām.
Īss kalpošanas laiks.Ja paredzams, ka siltummaiņa kalpošanas laiks ir 5 gadi vai mazāk, PVDF ir piemērots un lētāks.
Kad PTFE ir labāka izvēle
PTFE ir labāka izvēle vairākos īpašos lietojumos.
Augstas{0}}temperatūras pakalpojums.Temperatūrā virs 60 grādiem PTFE ir labāk izturīgs pret oksidējošām skābēm nekā PVDF, un kalpošanas laiks ir ilgāks.
Augstas-koncentrācijas pakalpojums.Koncentrācijā virs 30%, PTFE ir labāk izturīgs pret oksidējošām skābēm nekā PVDF.
Perhlorskābes serviss.PTFE ir vienīgais dzīvotspējīgais fluorpolimērs perhlorskābes lietošanai, jo PVDF tiek pakļauts zemai koncentrācijai un temperatūrai.
Ilga kalpošanas laika prasība.Ja paredzams, ka siltummaiņa kalpošanas laiks ir 10 gadi vai vairāk, PTFE ir labāka izvēle, jo tas iztur ķīmisko iedarbību ilgākā laika periodā.
Kritiskais dienests.Ja siltummainis ir ļoti svarīgs procesam un dīkstāves izmaksas ir augstas, PTFE ir labāka izvēle, jo tam ir mazāka atteices iespējamība.
Dizaina funkcijas, kas pagarina kalpošanas laiku
Vairākas konstrukcijas iezīmes pagarina gan PTFE, gan PVDF siltummaiņu kalpošanas laiku oksidējošās skābes ekspluatācijā.
Zemāka darba temperatūra.Darba temperatūras samazināšana samazina oksidācijas ātrumu un pagarina abu materiālu kalpošanas laiku.
Zemāka koncentrācija.Skābes koncentrācijas samazināšana samazina oksidācijas ātrumu un pagarina kalpošanas laiku.
Plūsmas ātruma kontrole.Uzturot mērenu plūsmas ātrumu, samazinās robežslāņa biezums un oksidējošo vielu koncentrācija caurules virsmā.
Ieviesiet-tīrīšanas noteikumus.Savienojumi tīrīšanas šķīduma padevei un atgriešanai ļauj tīrīt siltummaini bez demontāžas, kas samazina dīkstāves laiku un ražošanas zudumus.
Temperatūras uzraudzība.Temperatūras sensori pie siltummaiņa ieejas un izejas ļauj uzraudzīt siltuma pārneses veiktspēju, kas ļauj agrīni noteikt piesārņojumu vai degradāciju.
Oksidējošās skābes pakalpojuma specifikācijas parametri
Iekārtu inženieriem, kas novērtē PTFE un PVDF siltummaiņus oksidējošās skābes apkalpošanai, ar piegādātāju jāapstiprina šādi parametri.
Skābju ķīmija.Norādiet skābes sastāvu, tostarp koncentrāciju un piesārņotājus.
Darba temperatūra.Norādiet maksimālo darba temperatūru un paredzamo temperatūras profilu.
Darba spiediens.Norādiet maksimālo darba spiedienu.
Siltuma slodze un virsmas laukums.Katrai materiāla opcijai norādiet siltuma slodzi un nepieciešamo virsmas laukumu.
Ķīmiskā saderība.Pārbaudiet, vai materiāls ir saderīgs ar konkrēto skābi darba temperatūrā un koncentrācijā.
Prasība kalpošanas laikam.Norādiet paredzamo kalpošanas laiku un nomaiņas grafiku.
Apkopes iespējas.Norādiet objekta apkopes iespējas, tostarp iespēju remontēt siltummaini uz vietas.
Ražošanas vērtība un dīkstāves izmaksas.Norādiet ražošanas vērtību un dīkstāves izmaksas, lai kopējās īpašumtiesību analīzes izmaksas varētu pielāgot objektam.
Materiālu izvēles atbilstība oksidējošās skābes apkalpošanas nosacījumiem
Izvēle starp PTFE un PVDF siltummaiņiem oksidējošās skābes ekspluatācijā ir atkarīga no skābes ķīmijas, temperatūras, koncentrācijas un ekspluatācijas ilguma prasībām. PVDF ir zemākas kapitāla izmaksas un lielāka mehāniskā izturība, taču tas ir vairāk pakļauts oksidācijas uzbrukumam paaugstinātā temperatūrā un augstā koncentrācijā. PTFE ir augstākas kapitāla izmaksas, bet ilgāks kalpošanas laiks agresīvās oksidējošās skābes ekspluatācijā.
Atlases lēmumam ir jābūt balstītam uz objekta{0}}specifisku analīzi, kas ietver kapitāla izmaksas, uzturēšanas izmaksas un ražošanas zudumu risku. Vienkāršs izklājlapas modelis ar šiem izmaksu komponentiem sniedz informāciju, kas nepieciešama lēmuma pieņemšanai.
Oksidējošās skābes servisa iekārtām, kas novērtē siltummaiņa iespējas, materiālu izvēlei jābalstās uz kopējām īpašuma izmaksām paredzamajā kalpošanas laikā, nevis tikai uz kapitāla izmaksām. PVDF vienībai ar zemākām kapitāla izmaksām var būt lielākas kalpošanas laika izmaksas, ja tā ir jāmaina biežāk.
Iekārtu inženieri un iepirkumu speciālisti, kas novērtē PTFE siltummaiņa specifikācijas oksidējošai skābei vai citam korozīvam pakalpojumam, var pieprasīt projekta pārskatīšanu, kas aptver skābes ķīmiju, darba temperatūru, darba spiedienu, ķīmisko saderību un kalpošanas laika prasības, lai apstiprinātu, ka materiāla izvēle atbilst faktiskajiem ekspluatācijas apstākļiem un objekta izmaksu struktūrai.
