Кварцни наспрам графитних урањајућих грејача: шта је боље за апликације са растопљеном соли на високим температурама?

Нитрати, хлориди и флуориди су примери високо{0}}растопљених соли које постају све популарније за употребу као што су соларно термално складиштење, -хемијски процеси на високим температурама и напредни нуклеарни реактори. Растопљене соли су одличне за складиштење енергије и померање топлоте, али такође отежавају материјале који се користе за грејање потапањем. Кварц и графит су два примера неметалних материјала који се често користе за загревање растопљених соли. То је зато што су веома стабилне на високим температурама и не кородирају лако. Али сваки материјал има своје предности и недостатке када је у питању постављање растопљене соли, посебно када је температура преко 500 степени. У овом посту ћемо упоредити кварцне и графитне урањајуће грејаче на основу важних ствари као што су колико могу да се загреју, колико добро раде са хемикалијама, колико добро проводе топлоту, колико су поуздани и{9}}исплативи.

Потрага за грејачем растопљене соли у лонцу екстремне врућине
Коришћење растопљених соли као течности за пренос топлоте ставља велики стрес на материјале за загревање. Ове соли могу постати веома вруће, између 500 степени и 800 степени, и прилично су корозивне и хемијски реактивне, посебно у ситуацијама које су веома оксидирајуће или веома редукционе. Важно је знати границе материјала као што су кварц и графит јер све више уређаја за складиштење енергије и хемијске обраде захтевају растопљене соли. Оба материјала су одлична за загревање ствари које нису металне, али раде веома различито у екстремним ситуацијама, на пример када је температура заиста висока или када постоји агресивно окружење растопљене соли.

Обрачун материјала: Гледање природних својстава под микроскопом
Када погледате кварц и графит један поред другог, можете видети да их њихове природне карактеристике чине добрим за различите употребе на високим{0}}температурама.

Кварц: Кварц (СиО₂) је аморфна супстанца која нема јасан облик. Топи се на око 1.700 степени и не оксидира добро на умереним температурама. Кварц не кородира лако у оксидационом окружењу, али постаје мекши на вишим температурама, отприлике 1000 степени. Кварц се често користи у ситуацијама када су његова велика чистоћа и недостатак реактивности веома важни. Такође добро функционише на умереној топлоти и преферира се на местима где је важна ниска контаминација, укључујући полупроводнички и фармацеутски сектор. Кварц може имати проблема на местима са веома високом топлотном и хемијском реактивношћу јер не може добро да издржи високе топлотне ударе и осетљив је на неке растопљене соли, посебно на соли на бази флуорида-.

Графит, кристални облик угљеника, има тачку топљења од око 3.500 степени, што је знатно веће од оне код кварца. Такође одлично подноси високе температуре. Много је бољи у провођењу топлоте од кварца (~1,4 В/м·К) јер има знатно већу топлотну проводљивост (~100-150 В/м·К). Због тога је графит одличан за места где топлота треба брзо да се креће. Али графит је слаб јер реагује са кисеоником на температурама изнад 450 степени, што доводи до оксидације и губитка перформанси. Графит најбоље функционише у инертној или редукционој атмосфери, али су му потребни заштитни премази или окружења инертног гаса да би остао стабилан током времена када су присутни кисеоник или непријатељске соли.

Наступ у арени Молтен Салт: борба на више нивоа
Врста истопљене соли која се користи има велики утицај на то колико добро кварцни и графитни грејачи раде у апликацијама растопљене соли.

Нитратне растопљене соли: Ове соли су веома оксидирајуће и широко се користе у соларним термалним системима за складиштење. Кварц добро функционише са нитратним солима и најбољи је материјал за ове намене. Остаје стабилан у присуству ових соли на температурама до 800 степени. Али када има много топлоте и много нитратних соли, кварц се може разбити због хемијских процеса који стварају растворљиве силикате. Графит може добро да поднесе високе температуре, али није тако добар за нитратне соли јер почиње да оксидира преко 450 степени, што смањује његову дугорочну-ефикасност.

Растопљене соли хлорида и карбоната: Ове соли се обично користе у индустријским процесима који се дешавају на високим температурама и мање је вероватно да ће оксидирати. Графит је одличан за ове намене јер добро проводи топлоту и не распада се лако у окружењу које је инертно или се смањује. Добро ради чак и када је температура преко 600 степени, када кварц може почети да губи своју стабилност. Али графиту су потребни заштитни премази да не би оксидирао када дође у контакт са кисеоником. Ови премази могу учинити операције компликованијим и скупљим.

Растопљене соли флуорида: Соли са флуором у себи су веома корозивне и за кварц и за графит. Јони флуора врло брзо оштећују оба материјала, узрокујући њихово ломљење и квар. Флуоридна корозија је изузетно лоша за кварц, али графит је такође веома порозан и може да упије ове штетне јоне, чинећи га једнако лошим. У овим високим условима, оба материјала захтевају даљу заштиту, укључујући посебне премазе или легуре које су јаче отпорне на јоне флуора.

Табела за{0}}замену: листа важних ствари о којима треба размишљати при доношењу одлуке
Фактор у одлуци

Грејач са кварцом

Грејач за графит

Највиша температура на којој може да ради

Високо (око 1000 степени)

Very high (>1500 степени у подешавањима са мало или без кисеоника)

Тхермал Цондуцтивити

Ниска (око 1,4 В/м·К)

Висока (око 100–150 В/м·К)

Компатибилност са оксидирајућим окружењем

Сјајно

Лоше (потребна је заштита преко 450 степени)

Компатибилност са мање загађеним окружењем

Добро

Врло добро

Отпорност на топлотни удар

Умерено (осетљиво на брзе промене температуре)

Одличан (јер има велику проводљивост и флексибилан)

Чистоћа материјала и ризик од контаминације

Веома висока, без металне контаминације

Умерен, могућ губитак честица угљеника

Трошак у просеку

Врло високо

Висок до веома висок, у зависности од квалитета графита и начина на који је обрађен.

Најбоља врста растопљене соли

Нитрати и неки хлориди који су ниже температуре

Хлориди и карбонати који су стабилни на високим температурама (са заштитним окружењем)

Прављење избора: со и температура су оно што је важно
Постоји неколико важних ствари о којима треба размишљати док бирате између кварцних и графитних урањајућих грејача.

Сазнајте од чега је направљена растопљена со и у каквој се атмосфери налази. За услове оксидације као што су нитратне соли, користите кварц. За смањење ситуација као што су хлориди и карбонати, користите графит.

Сазнајте радну температуру: Графит је бољи избор ако температура остане изнад 800 степени јер има бољу топлотну проводљивост и може да поднесе високе температуре.

Проверите сложеност система: Ако је ваш систем изложен кисеонику или јаким хемикалијама, графиту ће можда бити потребни компликованији заштитни премази или атмосфера инертног гаса, што ће систем учинити скупљим и компликованијим.

Разговарајте са професионалцима: Ако користите најсавременије-ивице или мешане растопљене соли, добра је идеја да тестирате компатибилност својих материјала са добављачем да бисте били сигурни да ће ваш систем дуго трајати.

Закључак: Два шампиона за различите области екстрема
У закључку, и графит и кварц су добре алтернативе за примену растопљене соли на високим{0}}има. Међутим, њихове предности и недостаци у великој мери зависе од температуре и хемијског окружења. Кварц је најбољи за ситуације које оксидирају на умереним температурама, док је графит најбољи за станишта која се смањују на високим температурама. Избор правог зависи од познавања специфичних потреба вашег окружења растопљене соли и дугорочних-термичких, хемијских и механичких својстава која су му потребна.