Руковање влажним гасовитим хлором или течним бромом је познато да је тешко-ови халогени нападају многе метале и чак могу да прожимају или под стресом-пуцају неке флуорополимере. ПВДФ (поливинилиден флуорид) се појавио као пожељан материјал за измењиваче топлоте у овим агресивним услугама због своје јединствене комбинације отпорности и чврстоће. За процесне инжењере који пројектују јединице за обнављање брома, системе за сушење хлора или резервоаре за контакт са дезинфекцијом, ПВДФ размењивачи топлоте нуде убедљив баланс хемијске компатибилности и механичке робусности који често превазилази традиционална решења заснована на ПТФЕ{4}}у.
Хемијска отпорност ПВДФ-а у халогеним срединама
ПВДФ је полу{0}}кристални флуорополимер који садржи наизменичне ЦХ₂ и ЦФ2 групе. Ова структура пружа одличну отпорност на оксидационе агенсе, укључујући влажни хлор, хлор диоксид, хипохлорите и течни бром. За разлику од неких других флуорополимера, ПВДФ не показује значајну пермеацију или пуцање под напоном када је изложен овим халогенима у типичним радним условима.
Искуство на терену показује да ПТФЕ може да пати од продирања у дуготрајној-мокрој употреби хлора. Молекули хлора полако дифундују кроз ПТФЕ матрицу, потенцијално изазивајући стварање мехурића или деламинацију у цевима измењивача топлоте. Гушћа кристална структура ПВДФ-а и мања слободна запремина смањују стопе продирања халогена за ред величине или више. сходно томе,ПВДФ измењивач топлоте хлор бром сервиспримена је у сталном порасту у хлор-алкалним постројењима, постројењима за екстракцију брома и системима за пречишћавање воде.
Максимална радна температура и границе концентрације
ПВДФ одржава своју отпорност на халогене до максималне континуиране радне температуре од приближно 135 степени (275 степени Ф). У оквиру овог опсега, ПВДФ издржава влажни гасни хлор (засићен воденом паром) и течни бром без деградације. На температурама изнад 135 степени, ПТФЕ остаје стабилан (до 260 степени), али за већину процеса хлора и брома-који раде испод 120 степени -ПВДФ је потпуно адекватан.
Границе концентрације су широке. ПВДФ је отпоран на влажни хлор од нивоа у траговима до 100% гасне фазе, под условом да је присутна влага (гасовити суви хлор може да реагује са ПВДФ-ом на повишеним температурама). За бром, ПВДФ рукује течним бромом, бромном водом и паром брома у границама температуре.
Предности механичке чврстоће у односу на ПТФЕ
Кључна предност су супериорна механичка својства ПВДФ-а у поређењу са ПТФЕ-ом. Следећа табела резимира поређење:
| Имовина | ПТФЕ | ПВДФ |
|---|---|---|
| Затезна чврстоћа (МПа) | 20–30 | 40–55 |
| Модул савијања (МПа) | 500–700 | 2000–2500 |
| Издужење при прекиду (%) | 250–400 | 20–50 |
| Тврдоћа (Схоре Д) | 50–60 | 70–80 |
| Отпорност на абразију | Ниско | Умерено до високо |
ПВДФ је знатно јачи и тврђи. Ово омогућава дизајн измењивача топлоте са тањим зидовима цеви-обично 0,5–1,0 мм за ПВДФ наспрам 1,0–2,0 мм за ПТФЕ. Тањи зидови доводе до нижег топлотног отпора и побољшаних коефицијената преноса топлоте. ПВДФ кућиште-и-изменивач топлоте може да постигне укупне коефицијенте преноса топлоте 15–25% веће од еквивалентне ПТФЕ јединице, уз претпоставку исте геометрије.
Већа механичка чврстоћа такође омогућава веће оцене притиска. ПТФЕ измењивачи топлоте су генерално ограничени на 3–5 бара (45–75 пси) због пузања и хладног протока. ПВДФ размењивачи топлоте рутински подносе 8–10 бара (115–145 пси), а са ојачаним омотачем и до 15 бара. Ово чини ПВДФ погодним за апликације где су притисци у линији умерени, али превазилазе могућности ПТФЕ.
Отпорност на хабање је још једна разлика. У услугама где измењивач топлоте види суспендоване чврсте материје, кристале (нпр. со у хлор-алкалном раствору), или турбулентан ток са увученим честицама, ПТФЕ цеви релативно брзо еродирају. ПВДФ-ова већа тврдоћа и отпорност на хабање значајно продужавају век цеви.
Практичне примене у обради халогена
Системи за сушење хлора
У производњи хлора, влажни хлор из ћелија за електролизу пролази кроз торањ за сушење (обично концентрована сумпорна киселина). Процес сушења је егзотерман и захтева хлађење. ПВДФ размењивачи топлоте се широко користе као хладњаци хлора пре или после сушења. Они су отпорни и на мокри хлор (узводно од сушења) и на суви хлор са траговима влаге (низводно), док би метали брзо кородирали.
Опоравак брома из слане воде
Екстракција брома из морске воде или слане воде у сланим језерима укључује оксидацију бромида у бром коришћењем гасовитог хлора, након чега следи уклањање паре. Добијена пара брома се кондензује и пречишћава. ПВДФ размењивачи топлоте служе као кондензатори и хладњаци производа у овој служби. Извештаји са терена указују на век трајања преко 10 година у јединицама за обнављање брома, док су ПТФЕ размењивачи топлоте на истој локацији показали кварове повезане са прожимањем након 3–5 година.
Хлађење избељивачем и хипохлоритом
Натријум хипохлорит (избељивач) се разлаже на повишеним температурама, ослобађајући кисеоник и топлоту. ПВДФ размењивачи топлоте хладе раствор хипохлорита током производње да би се одржала стабилност. ПТФЕ је такође прикладан, али већа чврстоћа ПВДФ-а омогућава компактнији,{2}}исплативији дизајн.
Ограничења и границе компатибилности
ПВДФ није универзална замена за ПТФЕ. Нападају га јаки поларни растварачи, укључујући:
Кетони (ацетон, метил етил кетон)
Естри (етил ацетат, бутил ацетат)
Неки етри (тетрахидрофуран)
Димљива сумпорна киселина (изнад 100% Х₂СО₄)
Concentrated hot caustic (above 80 °C and >20% НаОХ)
У овим окружењима, ПТФЕ остаје пожељан материјал. Поред тога, ПВДФ се не може користити са сувим гасом хлора на високим температурама (изнад 135 степени) или са хлор трифлуоридом. За услуге које прелазе 135 степени или захтевају универзалну хемијску отпорност, ПТФЕ измењивачи топлоте остају стандард.
Табела компатибилности: ПТФЕ у односу на ПВДФ у халогенима и сродним хемикалијама
Следећа табела даје општи водич за компатибилност материјала измењивача топлоте. Оцене: Е=Одлично, Г=Добро (мањи напад), Ф=Прилично (ограничена услуга), Кс=Не препоручује се.
| Хемијски | Концентрација | Температура | ПТФЕ | ПВДФ |
|---|---|---|---|---|
| Хлор, мокар (гас) | Сатуратед | До 100 степени | E | E |
| Хлор, мокар (гас) | Сатуратед | 100–135 степени | E | G |
| Хлор, сув | 100% гас | До 100 степени | E | F¹ |
| Бром, течност | 100% | До 100 степени | E | E |
| Бром, течност | 100% | 100–135 степени | E | G |
| Бромна вода | Сатуратед | До 100 степени | E | E |
| Хлор диоксид | Водени | До 80 степени | E | E |
| Натријум хипохлорит | 15% | До 50 степени | E | E |
| Хлороводонична киселина | 37% | До 100 степени | E | E |
| Сумпорна киселина, дима | >100% | 25 степени | E | X |
| Ацетон | 100% | 25 степени | E | X |
| Етил ацетат | 100% | 25 степени | E | X |
| Натријум хидроксид | 50% | 80 степени | E | F² |
¹ Суви хлор на температурама изнад 100 степени може изазвати деградацију ПВДФ-а. Уместо тога користите ПТФЕ.
² ПВДФ је прихватљив за испрекидане или ниске{0}}концентрације каустика, али не и за континуирану услугу на високим{1}}температурама и високим-концентрацијама.
Разматрање дизајна за ПВДФ измењиваче топлоте
Приликом навођења аПВДФ измењивач топлоте хлор бром сервиспримене, неколико фактора захтевају пажњу:
Дебљина зида цеви:Упркос чврстоћи ПВДФ-а, минимална дебљина од 0,8 мм се препоручује за употребу халогена како би се обезбедила сигурносна граница против продирања и механичких оштећења.
Заптивке и заптивке:Користите ПТФЕ или перфлуороеластомер (ФФКМ) заптивке. ПВДФ заптивке имају тенденцију да пузе. ЕПДМ и ФКМ нису компатибилни са халогенима.
Пад притиска:Тање цеви омогућавају веће брзине протока, али ерозиона{0}}корозија није проблем са ПВДФ-ом. Брзине до 3 м/с су прихватљиве на страни цеви.
Топлотна експанзија:ПВДФ има коефицијент топлотне експанзије приближно 8 пута већи од угљеничног челика. Дизајн измењивача топлоте мора да прихвати диференцијално ширење преко експанзионих петљи, мехова или плутајућих цевних листова.
Поређење са другим алтернативама флуорополимера
ЕТФЕ (етилен тетрафлуороетилен) и ЕЦТФЕ (етилен хлоротрифлуороетилен) се такође користе у халогеној служби. Оба нуде механичку чврстоћу између ПТФЕ и ПВДФ, са хемијском отпорношћу нешто испод ПТФЕ, али изнад ПВДФ за неке раствараче. Међутим, ПВДФ је генерално исплативији-и лакше доступнији у облицима измењивача топлоте (оклоп-и-цеви, намотај, потапање). Посебно за бром и влажни хлор, дуги резултати ПВДФ-а му дају предност.
Закључак
ПВДФ размењивачи топлоте испуњавају критичну нишу у халогеном сервису где њихова специфична отпорност на влажни хлор и течни бром, у комбинацији са супериорном механичком чврстоћом, надмашује ПТФЕ. Тањи зидови цеви, већи степен притиска, боља отпорност на абразију и ниже стопе пропусности чине ПВДФ -ефикасним и поузданим избором за хлор-алкалије, опоравак брома и процесе дезинфекције који раде испод 135 степени. Међутим, избор материјала захтева детаљно разумевање хемије процеса-укључујући присуство поларних растварача, димећих киселина или високо{6}}сувог хлора-где је ПТФЕ и даље неопходан. За већину задатака преноса топлоте хлора и брома, ПВДФ нуди убедљиву равнотежу перформанси и издржљивости.
