У одређеним индустријама, спецификација графитног измењивача топлоте је скоро аутоматска. Деценијама поуздане услуге учврстиле су позицију графита као -материјала где би алтернативни материјали брзо покварили или би били неекономични. Док метали кородирају, а полимери омекшавају или губе топлотну ефикасност, непропусни графит (импрегниран фенол- или фуранском-смолом-) нуди јединствену комбинацију високе топлотне проводљивости, одличне отпорности на корозију на многе агресивне медије и могућности сервисирања до 200 степени и више. Разумевањеграфитни измењивач топлоте подразумевана индустријаапликације захтевају испитивање специфичних процеса где ниједан други материјал не одговара перформансама графита.
Кључне индустрије у којима графит доминира
Три главна индустријска сектора рутински бирају графитне измењиваче топлоте као подразумевани избор: кисељење челика (хлороводонична киселина), концентрација фосфорне киселине и сушење хлора. У сваком случају, комбинација корозивне течности, повишене температуре и потребе за компактним, ефикасним преносом топлоте чини графит најпоузданијим и најисплативијим решењем.
| Индустрија | Цритицал Флуид | Услови рада | Последица квара инфериорног материјала |
|---|---|---|---|
| кисељење челика (ХЦл) | Врућа хлороводонична киселина | 80–95 степени, до 18% ХЦл, често са ФеЦл₂ | Метални измењивачи (нпр. титанијум, тантал) брзо кородирају; ПТФЕ омекшава и захтева велике јединице |
| Концентрација фосфорне киселине | Мокри{0}}процес фосфорне киселине са флуоридима, хлоридима, силицијум диоксидом | 100–160 степени, 40–54% П₂О₅, присуство ХФ и Х₂СиФ₆ | Стаклени{0}}челик подлеже нападу флуора; високо-легирани метали (Хастелои) кородирају или су скупи- |
| Сушење хлора | Влажни хлорни гас + концентрована сумпорна киселина | 10–40 степени (рад хлађења), високо оксидирајући, кисели кондензат | Метали (никл, бакар, челик) се брзо оксидирају; Не-неметалне опције (ПТФЕ) немају топлотну проводљивост за компактне хладњаке за сушење |
Кисељење челика: услуга вруће хлороводоничне киселине
Приликом кисељења челичних трака и жице, врућа хлороводонична киселина (обично 10–18% ХЦл на 80–95 степени) уклања каменац од гвожђе-оксида. Киселина постаје оптерећена жељезним хлоридом (ФеЦл₂) и захтева континуирано загревање ради ефикасности процеса, као и хлађење у петљама за регенерацију киселине. Метални размењивачи топлоте-укључујући титанијум, тантал и цирконијум- трпе брзу корозију, корозију у пукотинама или водоничну кртост у врућој ХЦл. Легуре на бази никла{9}} покваре се у року од неколико недеља. ПТФЕ измењивачи омотача-и-цеви су отпорни на хемијски напад, али се суочавају са два критична недостатка:
Ниска топлотна проводљивост(0,2 В/м·К у односу на 100–120 В/м·К графита) покреће велике јединице које-заузимају простор.
Ограничење температуре: ПТФЕ омекшава и пузи изнад приближно 110 степени, што га чини непогодним за рад на вишој{1}}температурној киселини или котлу за регенерацију.
Графитни блокови или љуске{0}}и-измењивачи топлоте поуздано раде на 95 степени и могу да поднесу кратке излете до 120–130 степени. Њихов компактан дизајн лако се уклапа у постојеће линије за кисељење. Стотине инсталација широм света су показале радни век од 10-20 година у ХЦл сервису. Сходно томе, графит је постао основни материјал за киселе грејаче, хладњаке и измењиваче топлоте система за регенерацију. Чак и тамо где би ПТФЕ могао технички да функционише, већи отисак и већи трошак инсталације ПТФЕ јединице често фаворизују графит.
Концентрација фосфорне киселине: руковање флуоридима и високим температурама
Мокри{0}}фосфорна киселина (ВПА) се производи реакцијом фосфатне стене са сумпорном киселином. Добијена киселина садржи значајне нечистоће: флуориде (као ХФ и Х₂СиФ₆), хлориде и металне сулфате. Концентрација од приближно 28% П₂О₅ до трговачког{4}}класа 54% П₂О₅ се врши под вакуумом или атмосферским притиском на температурама до 160 степени. Садржај флуорида агресивно напада материјале који садрже силицијум- (стакло, челик обложен стаклом{9}}) и многе специјалне легуре.
Графитни измењивачи топлоте се у великој мери користе као грејачи, каландрије испаривача и хладњаци кондензатора у постројењима за производњу фосфорне киселине. Разлози за подразумевани статус графита укључују:
Отпорност на флуор: Графит не нападају ХФ или флуоросилицијумска киселина при концентрацијама и температурама које се срећу у концентрацији ВПА.
Толеранција високе{0} температуре: Графит одржава механичку чврстоћу и отпорност на корозију до 170-200 степени, покривајући све обавезе концентрације фосфорне киселине.
Предност топлотне проводљивости: Дизајн испаривача има користи од ефикасног преноса топлоте графита, смањујући потребну површину и величину посуде.
ПТФЕ би такође могао да издржи флуориде, али ПТФЕ измењивачи топлоте се ретко користе у овој индустрији. Главни разлог је много већи отисак потребан за еквивалентну дужност. У великим-фабрикама за производњу фосфорне киселине (стотине хиљада тона годишње), простор је ограничен, а потпорне структуре за масивне ПТФЕ измењиваче постају економски непривлачне. Поред тога, горња граница температуре ПТФЕ-а од ~180 степени оставља мало простора за узнемирене услове. Графит заузима слатко место између егзотичних метала (који пребрзо кородирају) и полимера на нижој{6}}температури (који захтевају превелику површину).
Сушење хлором: Отпорно на оксидацију-Хлађење отпорно на оксидацију
У хлор{0}}алкалним постројењима, гасовити хлор произведен мембранском или дијафрагмском електролизом је засићен воденом паром. Влажни хлор је веома корозиван-формира хипохлорнисту и хлороводоничну киселину. Сушење се постиже контактом влажног хлора са концентрованом сумпорном киселином (98–99%) у набијеним торњевима. Добијени суви хлорни гас (који садржи трагове киселе магле) се затим мора охладити пре компресије или даље обраде. Графитна шкољка-и-измењивачи топлоте служе као хладњаци хлора низводно од торњева за сушење.
Зашто је графит овде подразумевани? Охлађени гас садржи суви хлор плус заосталу пару сумпорне киселине и кондензат. Ова смеша снажно оксидира и напада већину метала. Бакар, челик и никл брзо кородирају. Тантал је отпоран, али је прескуп за велике области преноса топлоте. ПТФЕ је хемијски отпоран, али не може да обезбеди компактно, -ефикасно хлађење потребно за кондензацију киселе магле и контролу температуре гаса. Топлотна проводљивост графита омогућава мале, -ефикасне хладњаке који се лако интегришу у систем за сушење хлора.
Штавише, графитни размењивачи топлоте се користе у сервису хлора више од 50 година са добро-документованом евиденцијом о безбедности и поузданости. Процесни инжењери у индустрији хлор-алкалне индустрије наводе графитне хладњаке као стандардну праксу, ретко узимајући у обзир алтернативне материјале.
Зашто ПТФЕ није увек подразумевана
С обзиром на одличну хемијску отпорност ПТФЕ-а, поставља се питање: зашто је графит и даље уобичајен у овим индустријама, а не ПТФЕ? Одговор лежи у три ограничења ПТФЕ:
Температурни плафон: ПТФЕ омекшава и почиње да пузи под притиском изнад приближно 110-120 степени. Континуирани рад на 150 степени није могућ. Графит поуздано подноси 200 степени.
Топлотна проводљивост: Веома ниска топлотна проводљивост ПТФЕ-а ствара велике површине преноса топлоте. За дужности које захтевају стотине квадратних метара, ПТФЕ јединица постаје масивна, тешка и скупа за уградњу.
Механичка робусност: Графитни блокови и љуске{0}}и-јединице пружају чврсту, предвидљиву подршку за цевне листове и заптивке. ПТФЕ цеви захтевају пажљиво затезање и подложније су механичким оштећењима током чишћења.
У апликацијама где температурна граница ПТФЕ није прекорачена и простора има у изобиљу, ПТФЕ се може изабрати. Међутим, у три описане индустрије-кисељење челика, концентрација фосфорне киселине и сушење хлора-комбинација повишене температуре, високе корозивности и економске потребе за компактним дизајном чини графит подразумеваним избором.
Улога историјског успеха на терену
Графит је стекао своју доминантну позицију кроз деценије доказане услуге на терену. У овим захтевним процесним условима, графит је показао поузданост која је далеко већа од поузданости алтернативних материјала. Избор материјала је често вођен историјским успехом на терену колико и лабораторијским подацима. Инжењери који одређују опрему за нову линију киселих краставаца, испаривач фосфорне киселине или расхладни систем хлора рутински прате утврђени индустријски стандард-графита-јер одступање уводи непотребан ризик.
Закључак
Графитни размењивачи топлоте су подразумевани материјал за кисељење челика (врући ХЦл), концентрацију фосфорне киселине (врућа киселина која садржи флуор-) и сушење хлора (влажни хлор са сумпорном киселином). У сваком случају, графит обезбеђује комбинацију хемијске отпорности, високе топлотне проводљивости и температурне способности којој други материјали (метали, ПТФЕ, стакло) не могу да се подударају у целом опсегу услова процеса. Док ПТФЕ нуди супериорну хемијску инертност на нижим температурама, његова лоша топлотна проводљивост и температурна ограничења спречавају га да истисне графит у овим захтевним применама. Тхеграфитни измењивач топлоте подразумевана индустријастатус није случајан-то је резултат деценија поузданог, исплативог-учинак где су алтернативе константно недостатне.
