Молекуларна разлика која покреће јаз у отпору
Разлика између ПТФЕ и ПВДФ је у угљеник{0}}водоничним везама. ПВДФ је кополимер винилиден флуорида, а његова молекуларна структура садржи угљеник-водоничке везе које нису присутне у ПТФЕ. Угљенична-водоничка веза је слабија од угљеник-флуорове везе и то је место где почиње напад оксидације.
ПТФЕ има потпуно флуорисану угљеничну кичму без угљеник{0}}водоничних веза. Веза угљеник-флуора је једна од најјачих у органској хемији, са енергијом везе од приближно 485 кЈ/мол. Оксидирајуће киселине немају довољно енергије да прекину ову везу на температурама испод 260 степени.
ПВДФ има угљеник{0}}водоничке везе са енергијом везе од приближно 413 кЈ/мол. Разлика је око 15%, али је практични ефекат на отпорност на оксидацију много већи. Оксидациони напад на ПВДФ почиње на угљеник{5}}водоничкој вези, а деградација се шири дуж полимерног ланца. Брзина оксидације расте са температуром и са концентрацијом оксидационе киселине.
Поређење отпорности на оксидирајућу киселину
Отпорност ПТФЕ и ПВДФ на оксидирајуће киселине зависи од специфичне киселине, концентрације и температуре.
Азотна киселина.ПТФЕ отпоран на азотну киселину у концентрацијама до 70% и температурама до 200 степени. ПВДФ отпоран на азотну киселину у концентрацијама до 50% и температурама до 100 степени. Изнад ових граница, ПВДФ је нападнут, а материјал деградира.
Хромна киселина.ПТФЕ отпоран на хромну киселину при концентрацијама до 50% и температурама до 150 степени. ПВДФ отпоран на хромну киселину у концентрацијама до 30% и температурама до 80 степени. Изнад ових граница, ПВДФ је нападнут, а материјал губи боју и постаје крт.
Перхлорна киселина.ПТФЕ је отпоран на перхлорну киселину у концентрацијама до 70% и температурама до 150 степени. ПВДФ отпоран на перхлорну киселину у концентрацијама до 30% и температурама до 60 степени. Перхлорна киселина је посебно агресивна према ПВДФ-у због свог снажног оксидационог потенцијала.
Водоник пероксид.ПТФЕ је отпоран на водоник пероксид у концентрацијама до 50% и температурама до 100 степени. ПВДФ је отпоран на водоник пероксид у концентрацијама до 30% и температурама до 60 степени. Разлагање водоник пероксида ствара радикале кисеоника који нападају ПВДФ.
Поређење топлотне проводљивости
ПТФЕ и ПВДФ имају сличну топлотну проводљивост. ПТФЕ има проводљивост од 0,25 В/м·К, а ПВДФ има проводљивост од 0,19 В/м·К. Разлика је мала, и не утиче значајно на потребну површину за дато топлотно оптерећење.
Укупним коефицијентом преноса топлоте за оба материјала доминирају отпори филма флуида, а не отпор зида плоче. У течности-на-течној употреби, укупан коефицијент за ПТФЕ грејну плочу је типично 200–300 В/м²·К, а коефицијент за грејну плочу ПВДФ је типично 180–280 В/м²·К. Разлика је мања од 10%, што је унутар несигурности прорачуна преноса топлоте.
Поређење топлотне проводљивости стога не фаворизује ниједан материјал на смислен начин. Избор мора бити заснован на хемијској компатибилности и механичким својствима.
Поређење два материјала у оксидационој киселој служби
Следећа табела сумира карактеристике перформанси и цене ПТФЕ и ПВДФ грејних плоча у оксидационој киселини на 60 степени са 30% азотне киселине.
| Карактеристично | ПТФЕ грејна плоча | ПВДФ грејна плоча | Предност |
|---|---|---|---|
| Топлотна проводљивост | 0.25 W/m·K | 0.19 W/m·K | ПТФЕ |
| Укупан коефицијент преноса топлоте | 250 W/m²·K | 230 W/m²·K | ПТФЕ |
| Максимална радна температура | 260 степени | 150 степени | ПТФЕ |
| Граница отпорности на азотну киселину | 70% на 200 степени | 50% на 100 степени | ПТФЕ |
| Граница отпорности на хромну киселину | 50% на 150 степени | 30% на 80 степени | ПТФЕ |
| Граница отпорности на перхлорну киселину | 70% на 150 степени | 30% на 60 степени | ПТФЕ |
| Граница отпорности на водоник пероксид | 50% на 100 степени | 30% на 60 степени | ПТФЕ |
| Механичка чврстоћа | Умерено | Високо | ПВДФ |
| Максимални радни притисак | 0,5 МПа | 1,0 МПа | ПВДФ |
| Век трајања у оксидационој киселој служби | 12–18 година | 5–8 година | ПТФЕ |
| Капитални трошкови за рад од 30 кВ | $28,000 | $19,000 | ПВДФ |
| Трошкови инсталације | $3,000 | $3,000 | Једнако |
| Годишњи трошкови одржавања | $1,500 | $3,500 | ПТФЕ |
| Укупни трошкови за пет- година | $47,500 | $53,000 | ПТФЕ |
Вредности укупних пет{0}}годишњих трошкова претпостављају производну вредност од 500 УСД по сату и укључују капиталне трошкове, трошкове инсталације и трошкове одржавања током пет година.
Када је ПВДФ бољи избор
ПВДФ је бољи избор у неколико специфичних апликација.
Ниска{0}}услуга.На температурама испод 40 степени, ПВДФ је отпоран на већину оксидирајућих киселина без потешкоћа, а нижи капитални трошкови фаворизују ПВДФ.
Ниска{0}}услуга концентрације.При концентрацијама испод 20%, ПВДФ је отпоран на већину оксидирајућих киселина на температурама до 60 степени, а нижи капитални трошкови фаворизују ПВДФ.
Услуга високог{0}}притиска.ПВДФ има већу механичку чврстоћу од ПТФЕ и може издржати веће притиске. За оксидациону киселину при притисцима изнад 5 бара, ПВДФ може бити једина одржива опција.
Услуга која није{0}}критична.Када грејна плоча није критична за процес и цена замене је прихватљива, ПВДФ обезбеђује адекватне перформансе по нижој цени.
Захтев за кратак радни век.Када се очекује да ће грејна плоча имати век трајања од 5 година или мање, ПВДФ је адекватан и јефтинији.
Када је ПТФЕ бољи избор
ПТФЕ је бољи избор у неколико специфичних примена.
Висока{0}}услуга.На температурама изнад 60 степени, ПТФЕ је отпорнији на оксидационе киселине боље од ПВДФ-а, а век трајања је дужи.
Услуга високе{0}}концентрације.У концентрацијама изнад 30%, ПТФЕ је отпорнији на оксидационе киселине боље од ПВДФ-а.
Сервис перхлорне киселине.ПТФЕ је једини одрживи флуорополимер за употребу перхлорне киселине јер је ПВДФ нападнут при ниској концентрацији и температури.
Захтев за дуг радни век.Када се очекује да грејна плоча има век трајања од 10 година или више, ПТФЕ је бољи избор јер је отпоран на хемијски напад током дужег периода.
Критична служба.Када је грејна плоча критична за процес и трошкови застоја су високи, ПТФЕ је бољи избор јер има мању вероватноћу квара.
Дизајнерске карактеристике које продужавају век трајања
Неколико карактеристика дизајна продужава век трајања и ПТФЕ и ПВДФ грејних плоча у оксидационој киселини.
Нижа радна температура.Смањење радне температуре смањује брзину оксидације и продужава век трајања оба материјала.
Нижа концентрација.Смањење концентрације киселине смањује брзину оксидације и продужава радни век.
Контрола брзине протока.Одржавање умерене брзине протока смањује дебљину граничног слоја и концентрацију оксидирајућих врста на површини плоче.
На{0}}одредбе за чишћење.Прикључци за довод и поврат раствора за чишћење омогућавају чишћење грејне плоче без демонтаже, што смањује време застоја и губитке у производњи.
Праћење температуре.Сензори температуре на површини плоче омогућавају праћење перформанси преноса топлоте, што омогућава рано откривање прљања или деградације.
Спецификација параметара за услугу оксидирајуће киселине
Инжењери опреме који процењују ПТФЕ и ПВДФ грејне плоче за оксидациону киселину треба да потврде следеће параметре са добављачем.
Хемија киселина.Наведите састав киселине, укључујући концентрацију и загађиваче.
Радна температура.Одредите максималну радну температуру и очекивани температурни профил.
Радни притисак.Одредите максимални радни притисак.
Топлотно оптерећење и површина.Одредите топлотно оптерећење и потребну површину за сваку опцију материјала.
Хемијска компатибилност.Потврдите да је материјал компатибилан са специфичном киселином на радној температури и концентрацији.
Захтев радног века.Наведите очекивани радни век и распоред замене.
Могућност одржавања.Наведите способност одржавања објекта, укључујући могућност поправке грејне плоче на лицу места.
Вредност производње и трошкови застоја.Наведите производну вредност и трошкове застоја тако да се укупна анализа трошкова власништва може прилагодити објекту.
Одабир материјала у складу са условима рада оксидирајуће киселине
Избор између ПТФЕ и ПВДФ грејних плоча у оксидационој киселини зависи од хемије киселине, температуре, концентрације и захтева за животним веком. ПВДФ има ниже капиталне трошкове и већу механичку чврстоћу, али је подложнији нападу оксидације на повишеној температури и високој концентрацији. ПТФЕ има већи капитални трошак, али дужи радни век у агресивној оксидационој киселини.
Одлука о избору треба да се заснива на{0}}специфичној анализи објекта која укључује капиталне трошкове, трошкове одржавања и изложеност губитку у производњи. Једноставан модел табеле са овим компонентама трошкова пружа информације потребне за доношење одлуке.
За постројења за оксидацију киселине која процењују опције грејне плоче, избор материјала треба да се заснива на укупним трошковима власништва током очекиваног радног века, а не само на капиталним трошковима. ПВДФ јединица са нижим капиталним трошковима може имати већи животни век ако захтева чешћу замену.
Инжењери опреме и стручњаци за набавку који процењују спецификације ПТФЕ грејне плоче за оксидацију киселине или друге корозивне услуге могу да захтевају преглед дизајна који покрива хемију киселине, радну температуру, радни притисак, хемијску компатибилност и захтеве радног века како би потврдили да је избор материјала усклађен са стварним условима рада и структуром трошкова објекта.
