באילו שירותים כימיים מחליף חום גרפיט מתעלה על יחידת PTFE?
השאר הודעה
גם גרפיט וגם PTFE הם האלופים בהעברת חום קורוזיבי, אך לשניהם יש את הנקודות החזקות שלהם. הכרת השירותים שבהם הגרפיט מתעלה על PTFE תמנע יישומים שגויים יקרים. PTFE הוא חומר עמיד כימי מעולה וגמיש מבחינה מכנית אך לגרפיט מוליכות תרמית מעולה ועמידות בטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותו לחומר המועדף עבור מגוון צר של פעילויות קורוזיביות. מחליפי חום גרפיט לעומת PTFE מובנים היטב והמהנדסים יכולים לבחור את הפתרון האמין והחסכוני ביותר-.
חומצה גופרתית חמה (70–98%) - מבצר הגרפיט
אחד הכימיקלים התעשייתיים האגרסיביים ביותר הוא חומצה גופרתית חמה מרוכזת. גרפיט (ספוג בשרף פנולי או PTFE, סוג בלתי חדיר) מתפקד היטב בסביבה זו עד 200 מעלות. החומר עמיד הן להתקפת חמצון והן להתייבשות ושומר על שלמות מבנית גם בריכוז גבוה.
בעוד ש-PTFE מוגבל לכ-110 מעלות עבור שימוש מתמשך בחומצה גופרתית. מעל טמפרטורה זו, PTFE נחלש ומאבד את החוזק המכני שלו. גם פער המוליכות התרמית הופך מכריע. נדרשת העברת חום יעילה לקירור או חימום חומצה מרוכזת כדי למנוע התחממות יתר או קירור תת-יתר מקומיים שעלולים להאיץ קורוזיה או לגרום נזק למוצר.
ביישומים כגון דילול חומצה גופרתית, קירור בין שלבי של מפעל מגע או יחידות ריכוז חומצה, מחליפי חום גרפיט הם בדרך כלל התמיסה הלא--מתכתית היחידה המעשית. יש להם מוליכות תרמית מצוינת ומאפשרים עיצובים קומפקטיים. עמידותם בפני קורוזיה יציבה לאורך שנים של שימוש.
חומצה הידרוכלורית, מזוהמת אורגנית
חומצה הידרוכלורית מאכלת מאוד לרוב המתכות בכל כמות שהיא. גם גרפיט וגם PTFE נסבלים היטב על ידי HCl טהור. עם זאת, אם החומצה מכילה מזהמים אורגניים, כגון ממיסים עם כלור, שמנים או תוצרי לוואי של תגובה, גרפיט הוא לרוב בחירה עדיפה.
הגרפיט מתנגד ל-HCl עד לנקודת הרתיחה שלו (110 מעלות לחוזק אזאוטרופי) ואינו מושפע מעקבות אורגניות. PTFE מתנגד גם לאורגניים אלה אך החיסרון של מוליכות חום נמוכה יותר של PTFE. עבור חובה נתונה, שטח העברת החום של מחליף PTFE גדול בהרבה. כאשר נוזל התהליך מכיל חומרים אורגניים דביקים, אורכי הצינור הארוכים יותר והמעטפת הגדולה יותר של יחידת PTFE מגבירים את הסבירות ללכלוך ולקושי בניקוי. גרפיט מוצע בצורת בלוק קומפקטי או מעטפת-ו-צינור, מה שממזער את זמן השהייה ואת שטח הפנים לתצהיר.
בפועל, עבור שירותי HCl עם עומסי חום בינוניים עד גבוהים, הגרפיט מציע מחליף קטן יותר, מגיב יותר, שקל יותר לניקוי ולתחזוקה.
שירותים הדורשים קצבי העברת חום גבוהים
לגרפיט מוליכות תרמית של 80-120 W/m·K, פי כמה מאות יותר מזו של PTFE (0.25 W/m·K). גרפיט הוא חומר הבחירה שבו הקומפקטיות ויעילות תרמית רבה הם קריטיים. התועלת היא מקסימלית ב:
קירור או חימום נוזלי-בזרימה גבוהה - מקדם העברת החום הכולל עבור מחליף נוזלי גרפיט- הוא בדרך כלל 600–1200 W/m2·K ואילו עבור PTFE הוא 200–400 W/m2·K. ההבחנה היא שיחידת גרפיט עשויה להיות קטנה פי 2 עד 5 עבור אותה חובה.
עיבוי של אדים מאכלים - צינורות גבוהים-נדרשים עבור פעילויות עיבוי. המוליכות הנמוכה של PTFE היא צוואר בקבוק רציני עקב התנגדות הסרט של נוזל העיבוי. הגרפיט יתעבה ביעילות, לעתים קרובות בפחות משליש מהשטח הנדרש ליחידת PTFE.
חימום או קירור אצווה מהיר - עבור פעולות אצווה שבהן זמן המחזור הוא קריטי, המסה התרמית הנמוכה והמוליכות התרמית החזקה של הגרפיט מאפשרים רמפות מהירות של טמפרטורה. ההיענות האיטית של PTFE מוסיפה גם לזמן המחזור.
הקומפקטיות של גרפיט היא גורם מכריע ביישומים שבהם החלל הוא בעלות פרמיה כמו החלקה של כורים כימיים, חדרי נקיון פרמצבטיים או שיפוץ בבניינים קיימים.
כאשר PTFE עדיף על גרפיט (הכרה)
כל השוואה הוגנת חייבת להכיר בשירותים שעבורם PTFE עדיפה. PTFE עדיף על גרפיט להלן:
שירות מדוע כדאי לבחור ב-PTFE
חומצות מחמצנות חזקות (למשל, חומצה חנקתית מרוכזת, חומצה כרומית) בנסיבות חמצון מותקפת הספגת השרף וגורמת לאובדן עמידות בפני קורוזיה בגרפיט בלתי חדיר. PTFE למעשה אינו-מחמצן.
קאוסטיקה חמה חזקה (למשל . 50% NaOH מעל 100 מעלות) אלקליות חמות תוקפות גרפיט. PTFE עמיד בפני קאוסטיקה עד לגבולות הטמפרטורה שלו.
אולאום (חומצה גופרתית מבעבעת המכילה SO₃ חופשי) גרפיט מגיב עם SO חופשי 3 . PTFE יציב.
מערכות עם רעידות גבוהות או פטישי מים גרפיט שביר ולכן הוא נסדק. PTFE גמיש ולכן הוא סובל מהלם מכני.
חומרים גדולים או שוחקים בנוזלים מעברי גרפיט סותמים או מתכלים. צינורות PTFE יכולים להתכופף ולעבור דרך חלקיקים.
גרפיט יגיב עם אולאום, מאכלים חמים חזקים או חומצות מחמצנות, למשל חנקן מרוכז. עבור שירותים אלה, יש לחקור PTFE או חומרים אחרים (כגון טנטלום, סיליקון קרביד).
טבלת סיכום: הנחיה להחלטה
מדריך קצר לבחירת גרפיט או PTFE לשימוש כימי מוצג בטבלה שלהלן:
שירות כימי ביצועי גרפיט ביצועי PTFE חומרים מועדפים
H2SO4 חם (70-98%, 80-200oC) טמפרטורה מעולה מוגבלת
