У којим индустријама је графит подразумевани материјал размењивача топлоте и зашто?

У одређеним секторима, навођење графитног измењивача топлоте није-забавно. Графит је деценијама био радни коњ и материјал је избора где би други материјали брзо покварили или би били прескупи да би били практични. Тамо где метали рђају и полимери омекшају или губе топлотну ефикасност, непропусни графит (импрегнирани фенолном или фуранском смолом) нуди јединствену комбинацију високе топлотне проводљивости, изузетне отпорности на корозију у различитим тешким условима и могућности сервисирања до 200 степени и више. Морамо да познајемо прецизне процесе у којима графит функционише боље од било ког другог материјала да бисмо знали подразумеване индустријске примене графитних измењивача топлоте.

Водеће кључне индустрије
Три кључна индустријска сектора доследно бирају графитни измењивач топлоте као подразумевани избор. Кисељење челика (хлороводонична киселина), концентрација фосфорне киселине, сушење хлора. У сваком случају најбоље и најекономичније решење је графит због корозивне природе течности, високе температуре и захтева за компактним, ефикасним преносом топлоте.

Индустријски критични флуидни услови неуспјеха у раду Резултат подстандардног материјала
Кисељење челика (ХЦл) Врућа хлороводонична киселина 80–95 степени, до 18% ХЦл Често са ФеЦл 2Метални измењивачи (титан, тантал) брзо кородирају ПТФЕ омекшава; захтева веће јединице
Концентрација фосфорне киселине Влажна-процесна фосфорна киселина са флуоридима, хлоридима, силицијум диоксидом 100-160 степени, 40-54% П2О5, присуство ХФ и Х2СиФ6 Челик обложен стаклом подложан нападу флуора; високолегирани метали (Хастелои) кородирају или су прескупи
Влажни хлорни гас + концентрована сумпорна киселина 10–40 степени (рад хлађења), јако оксидирајући, кисели кондензат Брза оксидација метала (никл, бакар, челик); не-неметални избори (ПТФЕ) немају топлотну проводљивост за компактне хладњаке за сушење
Услуга кисељења челика - Врућа хлороводонична киселина
Депилација челичних трака и жице Врућа хлороводонична киселина (обично 10–18% ХЦл на 80–95 степени) користи се за уклањање каменца од гвожђе оксида. Киселина је напуњена жељезним хлоридом (ФеЦл2) и мора се стално загревати да би процес био ефикасан, као и хлађена у петљама за регенерацију киселине. Метални измењивачи топлоте као што су они од титанијума, тантала и цирконијума пате од брзог питинга, пукотине корозије или водоничне кртости изазване врућим ХЦл. Легура{8} на бази никла се распада у недељама. ПТФЕ измењивачи омотача и цеви су отпорни на хемијски напад, али имају два озбиљна недостатка:

Ниска топлотна проводљивост (0,2 В/м·К у односу на. 100–120 В/м·К за графит) значи да су јединице велике и да заузимају простор-.

Ограничење температуре: ПТФЕ омекшава и пузи преко око 110 степени и стога није погодан за активности котлова на високим температурама или регенерације.

Графитни блокови или измењивачи топлоте са шкољкама и цевима могу безбедно да раде на 95 степени и могу толерисати кратке излете до 120-130 степени. Компактна величина олакшава интеграцију јединица у постојеће линије за кисељење. Радни век у ХЦл сервису је 10-20 година за стотине инсталација широм света. Графит је стога стандардни материјал за киселе грејаче, хладњаке и измењиваче топлоте система за регенерацију. Тамо где би ПТФЕ теоретски могао да функционише, већа величина и већи трошак инсталације ПТФЕ јединице често фаворизују графит.

Концентрација фосфорне киселине: рад са високим температурама и флуоридима
Мокри{0}}фосфорна киселина (ВПА) се добија реакцијом фосфатне стене са сумпорном киселином. Добијена киселина садржи знатне количине нечистоћа: флуорида (као ХФ и Х2СиФ6), хлорида и металних сулфата. Концентрација од око 28% П₂О₅ до трговачког -54% П₂О₅ се врши под вакуумом или атмосферским притиском на температурама до 160 степени. Садржај флуорида ће агресивно напасти материјале који-садрже силицијум (стакло, стакло{11}}челик) и многе специјалне легуре.

Графитни размењивачи топлоте се у великој мери користе као грејачи, каландрија испаривача и расхладни кондензатори у објектима за фосфорну киселину. Графит је постао подразумевани из: Разлози укључују:

Отпорност на флуор: На графит не утичу ХФ или флуоросилицијумска киселина у концентрацијама и температурама које се јављају у концентрацији ВПА.

Отпорност на високе температуре: Графит задржава своју механичку чврстоћу и отпорност на корозију до 170-200 степени, покривајући све апликације концентрације фосфорне киселине.

Предност топлотне проводљивости: Графит је добар проводник топлоте и ово је плус за дизајн испаривача јер значи мању површину и мање величине посуда.

ПТФЕ је такође отпоран на флуориде, међутим ПТФЕ измењивачи топлоте се ретко траже у овом послу. Главни проблем је знатно већи отисак за исти задатак. За велике објекте за производњу фосфорне киселине (стотине хиљада тона годишње) простор је ограничен и потпорне структуре за огромне ПТФЕ измењиваче нису економски атрактивне. ПТФЕ такође има ограничење максималне температуре од ~180 степени, што нуди малу маргину за поремећене ситуације. Графит се налази између егзотичних метала (који пребрзо кородирају) и полимера ниже температуре (који захтевају превише површине).

Сушење хлором: хлађење отпорно на оксидацију
У хлор алкалним постројењима гасовити хлор произведен мембранском или дијафрагмском електролизом засићен је воденом паром. Влажни хлор је прилично корозиван, формирајући хипохлорну и хлороводоничну киселину. Влажни хлор се суши у набијеним торњевима контактом са јаком сумпорном киселином (98-99%). Добијени суви хлорни гас (са траговима киселе магле) мора да се охлади пре компресије или даље обраде. Хлорни хладњаци низводно од торњева за сушење су размењивачи топлоте са графитним омотачем-и цеви.

Зашто на првом месту графит? Охлађени гас се састоји од сувог хлора и паре заостале сумпорне киселине и кондензата. Ова мешавина је снажан оксидант и напада већину метала. Бакар, челик и никл брзо кородирају. Тантал је отпоран, али прескуп за велике површине за пренос топлоте. Хемијски отпоран, ПТФЕ не може да обезбеди компактно, високо ефикасно хлађење потребно за кондензацију киселе магле и контролу температуре гаса. Висока топлотна проводљивост графита омогућава компактне јефтине хладњаке који се лако могу додати у систем за сушење хлора.

Сервис хлора је такође била област у којој се графитни размењивачи топлоте користе више од 50 година, са добро-установљеном евиденцијом о безбедности и поузданости. У сектору хлор-алкалног сектора, процесни инжењери обично одређују графитне хладњаке као нешто што се подразумева, ретко размишљајући о алтернативним опцијама материјала.

Зашто ПТФЕ није подразумевани
ПТФЕ има изузетну хемијску отпорност, па зашто је графит још увек уобичајен избор у овим индустријама? Зашто не ПТФЕ? Објашњење се своди на три ограничења ПТФЕ:

Плафон температуре: ПТФЕ ће омекшати и почети да клизи под притиском изнад око 110-120 Ц Континуирани рад на 150 степени није замислив. Графит је стабилан најмање до 200 Ц.

Топлотна проводљивост: Веома ниска топлотна проводљивост ПТФЕ захтева огромне области за пренос топлоте. За апликације где су потребне стотине квадратних метара, ПТФЕ јединица постаје прилично велика, тешка и скупа за уградњу.

Механичка отпорност: графитни блокови и јединице са шкољкама-и-пружају чврсту, поуздану подршку за цевне листове и заптивке. Пажљиво затезање ПТФЕ цеви је неопходно јер су склоније механичким оштећењима током чишћења.

Ако граница температуре ПТФЕ није прекорачена применом и простор није проблем, онда се може изабрати ПТФЕ. Међутим, у три наведена сектора, кисељење челика, концентрација фосфорне киселине и сушење хлора, комбинација високе температуре, високе корозивности и економске потребе за компактним дизајном чини графит подразумеваним избором.

Улога историјског успеха на терену
Водећа улога графита је због деценија утврђеног искуства на терену. У таквим тешким процесним условима, графит се показао знатно поузданијим од било ког алтернативног материјала. Лабораторијски подаци често покрећу избор материјала, али и искуство из прошлости. Инжењери који специфицирају опрему за нову линију киселих краставаца, испаривач фосфорне киселине или расхладни систем хлора углавном се придржавају индустријских норми графита, пошто свако одступање од тог нивоа представља непотребан ризик.

Резиме Закључак
Графитни размењивачи топлоте су уобичајени материјал за кисељење челика (врућа ХЦл), концентрацију фосфорне киселине (врућа киселина која садржи флуор) и сушење хлора (влажни хлор са сумпорном киселином). Графит нуди комбинацију хемијске отпорности, високе топлотне проводљивости и температурне способности која се не може поредити са другим материјалима (метали, ПТФЕ, стакло) у читавом низу услова процеса у свакој ситуацији. ПТФЕ је бољи у хемијској инертности на нижим температурама, али због његове лоше топлотне проводљивости и температурних ограничења није погодан као замена за графит у овим захтевним применама. Подразумевани статус графитног измењивача топлоте у индустрији није случајан-он се заснива на деценијама поуздане, исплативе услуге{4}}у којој алтернативе више пута нису успеле да испоруче.