În ce servicii chimice un schimbător de căldură din grafit depășește o unitate PTFE?

Atât grafitul, cât și PTFE sunt campioni în transferul de căldură coroziv, dar ambele au punctele lor forte. Cunoașterea serviciilor în care grafitul depășește PTFE va preveni aplicațiile greșite costisitoare. PTFE este un material foarte rezistent la substanțe chimice și flexibil din punct de vedere mecanic, dar grafitul are o conductivitate termică superioară și o rezistență la temperaturi ridicate, făcându-l materialul de alegere pentru o gamă restrânsă de activități corozive. Schimbătoarele de căldură din grafit versus PTFE sunt bine înțelese, iar inginerii pot alege cea mai fiabilă și mai rentabilă soluție-.

Acid sulfuric fierbinte (70–98%) - Cetatea Grafitului
Una dintre cele mai agresive substanțe chimice industriale este acidul sulfuric fierbinte concentrat. Grafitul (impregnat cu rășină fenolică sau PTFE, de tip impermeabil) se comportă bine în acest mediu până la 200 de grade. Materialul este rezistent atât la oxidare, cât și la atacul de deshidratare și menține integritatea structurală chiar și la concentrație mare.

În timp ce PTFE este limitat la aproximativ 110 de grade pentru funcționare susținută în acid sulfuric. Peste această temperatură, PTFE slăbește și își pierde rezistența mecanică. De asemenea, decalajul de conductivitate termică devine crucial. Este necesar un transfer eficient de căldură pentru răcirea sau încălzirea acidului concentrat pentru a evita supraîncălzirea sau subrăcirea localizată, care poate accelera coroziunea sau poate cauza deteriorarea produsului.

În aplicații precum diluarea acidului sulfuric, răcirea între-etape a instalației de contact sau unitățile de concentrare a acidului, schimbătoarele de căldură din grafit sunt de obicei singura soluție ne-metalică posibilă. Au o conductivitate termică mare și permit modele compacte. Rezistența lor la coroziune este stabilă pentru ani de utilizare.

Acid clorhidric, contaminat organic
Acidul clorhidric este foarte coroziv pentru majoritatea metalelor în orice cantitate. Atât grafitul cât și PTFE sunt bine tolerate de HCI pur. Cu toate acestea, dacă acidul conține contaminanți organici, cum ar fi solvenți clorurati, uleiuri sau produse secundare de reacție, grafitul este adesea o alegere preferabilă.

Grafitul rezistă la HCl până la punctul său de fierbere (110 grade pentru rezistența azeotropă) și nu este afectat de urmele organice. De asemenea, PTFE rezistă acestor substanțe organice, dar are dezavantajul conductivității termice mai scăzute a PTFE. Pentru o anumită sarcină, aria de transfer de căldură a unui schimbător de PTFE este mult mai mare. În cazul în care fluidul de proces conține substanțe organice lipicioase, lungimile mai lungi ale tubului și carcasa mai mare a unei unități de PTFE cresc probabilitatea de murdărire și dificultatea curățării. Grafitul este oferit sub formă de bloc compact sau înveliș-și-tub, ceea ce minimizează timpul de rezidență și suprafața pentru depunere.

În practică, pentru serviciile cu HCI cu sarcini termice moderate până la mari, grafitul oferă un schimbător mai mic, mai receptiv, care este mai ușor de curățat și întreținut.

Servicii care necesită rate ridicate de transfer de căldură
Grafitul are o conductivitate termică de 80–120 W/m·K, de câteva sute de ori mai mare decât cea a PTFE (0,25 W/m·K). Grafitul este materialul de alegere unde compactitatea și eficiența termică mare sunt critice. Beneficiul este maxim în:

Răcire sau încălzire cu lichid cu debit mare-- Coeficientul global de transfer de căldură pentru schimbătorul de lichid cu grafit-lichide este în mod normal 600–1200 W/m2·K, în timp ce pentru PTFE este de 200–400 W/m2·K. Distincția este că o unitate de grafit poate fi de 2 până la 5 ori mai mică pentru aceeași sarcină.

Condensarea vaporilor corozivi - Coeficienții înalți ai peliculei laterale-tubului sunt necesari pentru activitățile de condensare. Conductivitatea scăzută a PTFE este un blocaj serios din cauza rezistenței filmului lichidului de condensare. Grafitul se va condensa eficient, frecvent în mai puțin de o treime din suprafața necesară pentru o unitate PTFE.

Încălzirea sau răcirea rapidă a lotului - Pentru operațiunile în serie în care timpul ciclului este crucial, masa termică scăzută și conductibilitatea termică puternică a grafitului permit rampe rapide de temperatură. Reactivitatea lentă a PTFE se adaugă, de asemenea, la timpul ciclului.

Compactitatea grafitului este un factor decisiv în aplicațiile în care spațiul este limitat, cum ar fi patinele reactoarelor chimice, camerele curate farmaceutice sau modernizările clădirilor existente.

Când PTFE este mai bun decât grafitul (recunoaștere)
Orice comparație corectă trebuie să recunoască serviciile pentru care PTFE este superior. PTFE este mai bun decât grafitul de mai jos:

Service De ce ar trebui să alegeți PTFE
Acizi puternici oxidanți (de exemplu, acid azotic concentrat, acid cromic) În condiții de oxidare, impregnarea cu rășină este atacată, cauzând pierderea rezistenței la coroziune în grafitul impermeabil. PTFE este în esență ne-oxidant.
Caustice puternice fierbinți (de exemplu, . 50% NaOH peste 100 de grade) Alcalii fierbinți atacă grafitul. PTFE rezistă substanțelor caustice până la limitele sale de temperatură.
Oleum (acid sulfuric fumos care conține SO₃ liber) Grafitul reacționează cu SO liber 3 . PTFE este stabil.
Sisteme cu vibrații mari sau ciocăni de berbec Grafitul este casant și, prin urmare, crapă. PTFE este flexibil, astfel încât este nevoie de șoc mecanic.
Substanțe mari sau abrazive din fluide Căile de trecere din grafit se blochează sau se degradează. Tuburile PTFE se pot îndoi și trece prin particule.
Grafitul va reacționa cu oleum, substanțe caustice puternice fierbinți sau acizi oxidanți, de exemplu nitric concentrat. Pentru aceste servicii, PTFE sau alte materiale (de exemplu, tantal, carbură de siliciu) ar trebui investigate.

Tabel rezumat: Ghid pentru decizie
Un scurt ghid pentru alegerea grafitului sau PTFE pentru sarcini chimice este prezentat în tabelul de mai jos:

Servicii chimice Performanță grafit Materiale de performanță PTFE preferate
H2SO4 fierbinte (70-98%, 80-200oC) Temperatură excelentă limitată