Како се измењивач топлоте од графита у блоку{0}}упореди са ПТФЕ шкољком-и-јединицом?

Приликом дефинисања измењивача топлоте за екстремно корозивну примену киселина, два неметална избора често долазе у игру: измењивачи са графитним блоковима и измењивачи са ПТФЕ омотачем-и-цеви. Оба су отпорна на корозију, али њихова термичка и механичка својства чине их погодним за различите примене. Разумевање компромиса-у смислу компактности, термичких перформанси, хемијске компатибилности и механичке робусности је кључно питање за избор одговарајуће технологије.

Преглед дизајна: Графитни блок у односу на ПТФЕ шкољку и цев
Графитни блок размењивачи топлоте су направљени од једног или више блокова непропусног графита (графит импрегниран смолом). Сваки блок је избушен са два сета пролаза, једним за корозивни процесни флуид и једним за сервисну течност (вода за хлађење, пара или медијум за грејање). Блокови су међусобно повезани помоћу лепкова пуњених графитом- или помоћу заптивних конектора. У зависности од шеме бушења, течности пролазе кроз цеви у конфигурацији унакрсног -или противтока{5}}.

ПТФЕ кућиште-и-измењивачи топлоте се састоје од снопа ПТФЕ (политетрафлуороетилен) цеви са танким -зидима, које се налазе у металном или пластичном омотачу. Корозивна течност путује кроз ПТФЕ цеви (или око њих) док сервисна течност тече на другој страни. Средње преграде се обично користе за подупирање ПТФЕ цеви. Цевни сноп је запечаћен на цевним листовима са проширеним спојевима цеви или компресионим спојницама.

Два дизајна се разликују на један главни начин, а то је механичка флексибилност. Графитни блокови су чврсти и непопустљиви. ПТФЕ цеви су флексибилне и могу да издрже мале вибрације и топлотна проширења без оштећења.

Велики плус графита: топлотна проводљивост
Најважнија разлика је у топлотној проводљивости. Графит има топлотну проводљивост од око 80-120В/мК (према квалитету графита и смоли за импрегнацију). ПТФЕ, међутим, има топлотну проводљивост од око 0,25 В/м К-око 300 до 400 пута нижу од графита.

Ова огромна разлика значи да графитни блок размењивач може бити невероватно компактан за исти посао преноса топлоте. Графитна јединица је једна-десетина запремине ПТФЕ јединице типа шкољке и цеви са једнаким термичким перформансама. Графитни блокови нуде изразиту предност у ситуацијама са ограниченим простором, као што је накнадна уградња на постојеће распореде опреме или монтажа на загушене процесне платформе.

Супротно томе, ниска топлотна проводљивост ПТФЕ-а значи да су измењивачи топлоте са омотачем-и-са ПТФЕ цевима захтевају релативно велике површине за пренос топлоте. Ово доводи до већих отисака, дужих снопова цеви и већег пречника шкољке. У пракси, ПТФЕ измењивачи су обично потребни само тамо где њихова специјална хемијска отпорност компензује смањење њихове величине.

Механичка својства: Крхка или флексибилна
Графит је крта супстанца. Непропусни графит је јачи од сировог графита, али га такође може разбити:

Механички удар (нпр. изгубљен алат, брзо кретање цеви)

Водени чекић у линији сервисне течности

Екстремни термални циклуси (брзо загревање или хлађење, посебно са температурном разликом већом од граница које је одредио произвођач)

Неуједначен обртни момент вијака у прирубницама или главама

Ако се графитни блок поквари, измењивач се обично не може поправити. Пукотина може да доведе до унакрсног{1}}цурења између кола процесне и сервисне течности или до спољног цурења. Једини начин да се то поправи је да се замени комплетан блок блокова. Ово је често велика капитална инвестиција.

ПТФЕ цеви су, с друге стране, флексибилне и издржљиве. Умерени водени чекић, вибрације и термички циклуси могу се толерисати без оштећења. Ако једна ПТФЕ цев процури (на пример, због абразије или механичке пункције), она се генерално може запечатити на оба листа цеви, а остале цеви се и даље могу користити. Неки дизајни омогућавају замену цеви, али ово је радно интензиван. Механички карактер ПТФЕ-а који опрашта чини ове измењиваче погоднијим за постројења са мање стриктном контролом стабилности протока или температурним повећањем.

Отпорност на хемикалије: широк спектар ПТФЕ
И графит и ПТФЕ су отпорни на широк спектар корозивних киселина, али постоји неколико кључних разлика.

Компатибилан са: Графитом (непропусна класа)

Хлороводонична киселина (све концентрације до тачке кључања)

Сумпорна киселина (до око 80-85% на умереним температурама; веће количине захтевају пажљив одабир)

Фосфорна киселина 12.

- Органске киселине.

Међутим, графит је оштећен јаким оксидирајућим киселинама као што су:

Азотна киселина (посебно концентрована или загрејана)

хромна киселина (хромна киселина)

Потребна је царска вода

Мешане киселине без хлора или брома

Оксидирајуће хемикалије продиру у графитну структуру и производе интергрануларну корозију, што доводи до брзог квара. Измењивачи графита никада не би требало да се користе у таквим услугама осим ако није добијено одобрење произвођача за специјализовани квалитет графита (фенолно-импрегниран в. фуран-импрегниран, уз ограничења која још увек важе).

ПТФЕ је скоро у потпуности отпоран на све супстанце осим на растопљене алкалне метале и елементарни флуор на високим температурама. ПТФЕ је отпоран на азотну киселину, хромну киселину и све друге оксидационе киселине практично у свим концентрацијама. Такође је отпоран на органске раствараче, хлор и већину процесних течности које се налазе у површинској обради и хемијској обради. За веома непријатељске мешавине (нпр. царска вода, врућа концентрована азотна киселина или мешани раствори за кисељење) ПТФЕ је понекад једини могући не{5}}неметални избор.

Својство Графитни блок размењивач топлоте ПТФЕ кућиште-и- измењивач топлоте
Топлотна проводљивост (В/мК) 80 –120 0.25
Релативна величина за исти рад Компактан (1к основна линија) Велики (10-15× већи)
Максимална континуирана температура 180–200 степени (зависно од смоле) ~110 степени (ограничено пузање ПТФЕ)
Механичко понашање Крт, ломи се ударом или воденим чекићем Флексибилан, отпоран на вибрације и термичке циклусе
Поправљивост Уопштено се не може поправити ако се напукну у блоку. Цеви се могу блокирати или заменити појединачно
Отпорност на оксидирајуће киселине (азотне, хромне) Слаба, не препоручује се Добра; потпуно отпоран
Типичне примене Х2СО4 хлађење ХЦл грејање/хлађење Услуге органске киселине Мешовито кисело кисељење, царска водена вода, раствори који садрже хлор-, купке за наношење плоча
Почетна цена (релативна)Виша (специјализована производња)Умерена до ниска
Температурна ограничења
Измењивачи графитних блокова, када су одговарајуће импрегнирани смолама (обично фенолним или фуранским), могу да раде у континуитету на температурама до 180–200 степени. Неке изузетне оцене су оцењене до 220 степени. Ово чини графит погодним за загревање или хлађење концентроване сумпорне киселине, вруће паре хлороводоничне киселине и других корозивних токова на високим температурама.

ПТФЕ измењивачи топлоте са шкољком и цеви су ограничени на око 110 степени за континуирану употребу. Изнад ове температуре ПТФЕ почиње да слаби и пузи под диференцијалним притиском преко зида цеви. Кратки излети до 120-130 степени се могу толерисати, али продужено излагање високим температурама доводи до деформације цеви, цурења на спојевима цеви и коначног квара. За корозивно оптерећење на температурама изнад 110 степени, графит је генерално једина неметална алтернатива, или се мора истражити метални измењивач са необичним легираним слојем.

Питања трошкова и одржавања
Прва цена измењивача топлоте са графитним блоковима је генерално већа од цене ПТФЕ јединице са шкољком и цевима исте термичке функције. Графитни блокови захтевају прецизно бушење, посебне технике лепљења и пажљиву контролу квалитета. ПТФЕ снопови цеви се производе у великом броју уз мање трошкове материјала и производње.

Али укупни трошкови власништва прилично зависе од апликације. Графитни измењивач може да ради деценијама без проблема у чистој, стабилној киселини, без механичких удара или оксидирајућих хемикалија. Његов већи почетни трошак оправдан је компактном величином и високом топлотном ефикасношћу. У услугама где су удари воде или термички циклуси неизбежни, опасност од пуцања графита може учинити повољнијом конструкцију од ПТФЕ, чак и на рачун већег измењивача.

Технике одржавања су нешто другачије. Графитним уређајима су потребни деликатни процеси-затварања и искључивања-да би се избегли термални удари. Цедишта се генерално саветују на страни сервисне течности како би се спречило да остаци запрљају површине блока. ПТФЕ измењивачи су мање осетљиви на сметње протока, али се морају повремено чистити ако су мали пречници цеви оштећени. Ниска површинска енергија ПТФЕ (описана у претходним одељцима) је предност у смањењу запрљања, међутим ПТФЕ цеви се могу механички очистити.

Водич за доношење одлука: Одабир правог измењивача за апликацију?
Одлука између графитног блока и ПТФЕ измењивача топлоте-и-оклопа и цеви зависи од бројних критеријума{2}}специфичних за примену.

Размислите о измењивачу графитних блокова у случају:

Мора бити компактан због ограничења простора.

Температуре процеса су изнад 110 степени и испод 200 степени.

Корозивна течност је сумпорна киселина, хлороводонична киселина или не{0}}неоксидирајућа органска киселина.

Сервисна течност је чиста и без водених чекића и остатака.

Одговарајући дизајн система може спречити механички удар и брзо кружење топлоте.

Мања, термички ефикаснија јединица је прихватљива ако је неопходна већа почетна капитална инвестиција.

Изаберите ПТФЕ измењивач шкољке и цеви када:

Течност има моћна оксидациона средства (азотна киселина, хромна киселина, акуа региа, мешане киселине).

Температуре процеса су мање од 110 степени.

Систем цевовода може издржати водени чекић, вибрације или честе термичке циклусе.

Механичка робусност и рад који опрашта су важнији од компактности.

Пожељни су нижи почетни трошкови и могућност зачепљења или замене појединачних цеви.

На располагању је довољно простора за већи отисак измењивача.

У пракси, многа постројења за хемијске процесе покрећу оба типа. Измењивачи графита се у великој мери користе у сервисима за хлађење сумпорном киселином и грејним круговима хлороводоничном киселином. ПТФЕ измењивачи су пожељан избор за мешане линије за кисељење, галванизовано грејање/хлађење купатила и третман отпадних киселина где су присутне оксидирајуће врсте.

Закључак: незгодна инжењерска одлука
И графитни измењивачи топлоте блок дизајна и ПТФЕ кућишта и цеви су погодни за индустрију корозивног преноса топлоте, али се суштински разликују у својим предностима и недостацима. Графит је добар због своје топлотне проводљивости и величине, али је крхак, скуп у почетку и осетљив на оксидирајуће киселине. ПТФЕ има непревазиђену хемијску отпорност и механичку флексибилност по нижој цени. Међутим, има температурну границу од 110 степени и захтева знатно веће површине.

Избор се ослања на коришћену киселину, радну температуру, механичко окружење и расположиви простор. Избор материјала за измењиваче топлоте у корозивном раду је више-проблематично инжењерско питање, укључујући-компромис између термичких перформанси, хемијске компатибилности, механичке издржљивости и цене{3}}животног циклуса. „Технологија не побеђује технологију у целини, али свака технологија има своју нишу у којој је супериорна.“