Услов термичког пражњења
Одређени хемијски процеси захтевају да се из измењивача топлоте испразни процесни флуид док је још врућ. Реактор се може празнити између серија. Резервоар за облагање може да се испумпа надоле ради промене раствора. Измењивач топлоте, који је неколико тренутака раније био уроњен у течност на 80-120 степени, изненада је изложен амбијенталном ваздуху. Површина цеви, која је још увек на температури процеса или близу ње, долази у контакт са кисеоником, атмосферском влагом и евентуално хемијским испарењима из испуштеног резервоара.
Ово стање -вруће, оцеђено, изложено ваздуху- се понавља са сваким циклусом серије. Током једне године, измењивач топлоте може доживети 200-500 таквих догађаја термичког пражњења. Између циклуса, измењивач може бити поново уроњен у процесни флуид на другој температури, додајући компоненту термичког шока.
Силицијум карбид и ПТФЕ су отпорни на процесну хемију. Њихов одговор на услове термичког дренирања се суштински разликује због разлике између крхке керамике и вискоеластичног полимера.
Механизам оксидације силицијум карбида
Силицијум карбид је отпоран на оксидацију на повишеним температурама кроз формирање заштитног слоја силицијум диоксида (СиО₂) на површини. На сувом ваздуху, овај слој је стабилан и штити до приближно 1.200 степени. У влажном ваздуху-што је стање у недавно испуштеном процесном резервоару-заштитни слој је мање стабилан. Водена пара реагује са силицијум диоксидом и формира испарљиве врсте силицијум хидроксида, постепено трошећи заштитни слој.
Брзина оксидације на температурама хемијске обраде (80-200 степени) је изузетно спора. Забринутост није масовна оксидација, већ локализовани напад на површинске дефекте. Микроскопска огреботина, граница зрна или област преостале порозности од производње обезбеђује пут кисеонику и влази да продру испод површине. Током стотина циклуса термичког дренирања, локализовани напад може прерасти у јаму.
Поред тога, прелаз из уроњеног у дренирани је термички пролазан. Изложена површина цеви хлади се конвекцијом у околни ваздух и зрачењем на зидове резервоара. Брзина хлађења, иако није тако јака као гашење водом, ствара термичке градијенте у керамици. За материјал са умереном отпорношћу на топлотни удар, поновљени градијентни напон може да пропагира постојеће микро-пукотине.
| Параметар термичког дренирања | Силицон Царбиде | ПТФЕ |
|---|---|---|
| Механизам оксидације у влажном ваздуху | формирање СиО₂; могући локализовани напад на дефекте | Ништа (стабилне Ц-Ф везе) |
| Топлотни градијент током одводњавања | Умерено (хлађење ваздухом) | Минимални (вискоеластичан смештај) |
| Акумулација оштећења услед термичког удара | Могуће (ширјење микро-пукотине) | Ниједан |
| Апсорпција влаге током периода дренирања | Нема (керамика) | Нема (хидрофобно) |
| Излагање хемијској пари током одводњавања | Отпоран (инертна керамика) | Отпоран (инертни полимер) |
| Циклуси до квара од пражњења | 1.000-5.000 (зависно од квара) | >50.000 (без познатог ограничења) |
| Век трајања у серијском термичком дренирању (године) | 3-8 | 15+ |
Реакција ПТФЕ на термичко пражњење
ПТФЕ другачије доживљава циклус термичког пражњења. Када течност исцури и цев буде изложена врелом, влажном ваздуху, температура површине ПТФЕ се постепено мења. Ниска топлотна проводљивост ПТФЕ-а смањује брзину хлађења-температура зида цеви прелази глатко, а не долази до наглог гашења. Не развија се топлотни удар.
Хидрофобна ПТФЕ површина не задржава влагу. Капљице воде се зрну и откотрљају. Површина се брзо суши. Не постоји продужени контакт са кондензованом влагом која би, у другим материјалима, могла да подстакне корозију или оксидацију.
Што је најважније, ПТФЕ нема механизам оксидације. Везе угљеника-флуора су стабилне на кисеоник и водену пару на свим температурама испод 260 степени. Излагање врелом, влажном ваздуху-у било ком трајању, у било ком броју циклуса-не изазива хемијске промене на полимеру. 200-500 циклуса пражњења годишње су хемијски невидљиви за ПТФЕ.
Практичне последице за процесне операције
Отпорност ПТФЕ на оштећења од термичке дренаже обезбеђује оперативну флексибилност. Процес се може дренирати на било којој температури без бриге о оштећењу измењивача топлоте. Није потребно контролисано хлађење-пре пражњења-корак који додаје време циклуса и смањује продуктивност у системима опремљеним силицијум карбидом-.
Ако процес захтева да се резервоар отвори ради чишћења или инспекције док је измењивач још врућ-уобичајена пракса да се минимизира време обрта{1}}ПТФЕ толерише изненадно излагање без ризика од лома топлотног удара са којим би се суочио силицијум карбид.
Резиме
ПТФЕ измењивачи топлоте су пожељнији у односу на силицијум карбид у процесима са честим термичким дренирањем јер ПТФЕ нема механизам оксидације у врелом влажном ваздуху, нема осетљивости на топлотни шок услед пролазног пражњења и нема акумулираних оштећења услед поновљених циклуса. Радни век од 15+ година у односу на 3-8 година за силицијум карбид у овом сервису, у комбинацији са оперативном флексибилношћу пражњења на било којој температури, чини ПТФЕ избором мањег ризика за серијске хемијске процесе са честим циклусима пражњења.
Инжењерска подршка за спецификацију измењивача топлоте ПТФЕ у апликацијама за термичко одводњавање је доступна након подношења хемије процесног флуида, температуре дренаже, фреквенције циклуса и било какве историје оштећења опреме током операција дренаже.
