Kako se ploča{0}}i-izmjenjivač topline sa PTFE zaptivkama može usporediti s PTFE jedinicom s školjkom i-oklopom?

Izmjenjivači s omotačem-i-korozijom dominiraju, ali pločasti{2}}i-izmjenjivači sa zaptivkama od fluoropolimera pružaju uvjerljivu alternativu. Njihova osnovna geometrija dovodi do različitih karakteristika performansi koje mogu biti korisne u nekim aplikacijama. Za čiste procesne fluide pod umjerenim pritiskom, ploča-i-dizajn okvira sa PTFE zaptivkama može ponuditi bolju efikasnost prijenosa topline i dramatično manji otisak od standardnog PTFE izmjenjivača omotača-i-i cijevi.

Pregled dizajna ploča i okvira naspram školjke i cijevi
Pločasti{0}}i-izmjenjivači topline se sastoje od niza valovitih metalnih ploča pritisnutih zajedno u okviru. Svaka ploča ima zaptivku (u ovom slučaju PTFE ili bilo koji drugi fluoropolimer) koja zatvara kanale protoka i usmjerava topli i hladni fluid na alternativne puteve. Tečnosti teku kroz tanke vijugave prostore između ploča u suprotnom smjeru -ili poprečnom- smjeru strujanja. Nabori potiču turbulenciju čak i pri niskim brzinama protoka, što značajno poboljšava prijenos topline.

PTFE izmjenjivači topline-i-i cijevi (kao što je detaljno opisano u drugim člancima) su napravljeni od snopa PTFE cijevi smještenih u metalnom ili plastičnom omotaču. Servisna tečnost teče s druge strane, a korozivna tekućina teče kroz cijevi (ili oko njih). Zidovi PTFE cijevi su nešto debeli tako da se prijenos topline odvija vođenjem. Protok je općenito laminaran ili niske{5}}turbulencije osim ako se ne koriste velike brzine.

Glavna razlika je supstanca površine za prijenos topline. U konstrukciji ploča-i-rama, ploče su metalne (obično nehrđajući čelik, Hastelloy, titan ili druge legure), a samo zaptivke su PTFE. Procesna tečnost je u kontaktu sa metalnim pločama i PTFE zaptivkama. PTFE kućište-i-jedinica ima sve vlažne površine od PTFE, koji ima univerzalnu otpornost na koroziju, ali znatno lošiju toplotnu provodljivost.

Termičke performanse: Više U-vrijednosti postignute zahvaljujući geometriji ploče
Pločasti i okvirni izmjenjivač ima najveću prednost u ukupnom koeficijentu prijenosa topline (U-vrijednost). To je zbog brojnih uzroka.

Tanke metalne ploče - Debljina ploča je obično 0,5 do 1,0 mm u odnosu na zidove PTFE cijevi od 1,0 do 2,0 mm. Metali (nerđajući čelik ~15 W/m·K, titanijum ~17 W/m·K, Hastelloy ~10 W/m·K) prenose toplotu reda veličine bolje od PTFE (~0,25 W/m·K). Metalna ploča je daleko bolji provodnik topline čak i ako se uzme u obzir otpor PTFE zaptivki (koje predstavljaju samo mali dio ukupne površine).

Visoka turbulencija - Dizajn valovite ploče uzrokuje visoku lokalnu turbulenciju. Ovo narušava granične slojeve i značajno smanjuje konvektivni otpor na obje strane fluida. U PTFE sistemima sa omotačem{3}}i-cijevnim PTFE, protok u PTFE cijevima malog -promjera je obično laminaran osim ako se ne koristi značajna snaga pumpanja, a tok -bočne strane je također relativno blag.

Pravi kontra{0}}strujni protok - Sistemi ploča-i-okviri mogu proizvesti skoro savršen protok protiv-struje, maksimizirajući dnevnu srednju temperaturnu razliku (LMTD). PTFE izmjenjivači sa omotačem i cijevi se obično postavljaju u konfiguracije s poprečnim ili mješovitim protokom koje su termodinamički manje efikasne.

U praksi, za isti par fluida, može se očekivati ​​da ploča-i-izmjenjivač topline sa PTFE zaptivkama ima ukupnu U-vrijednost tri do pet puta veću od one PTFE kućišta-i-jedinice. U vodovodnoj-vodnoj službi, pločasti izmjenjivač može postići 3,000-5,000 W/m²·K, dok PTFE školjka-jedinica može doseći samo 200-400 W/m²·K. U korozivnim hemijskim uslugama korist je i dalje velika, ali apsolutne vrednosti zavise od kvaliteta tečnosti i tendencije zarastanja.

Otisak i težina: kompaktnost dizajna ploče
U-vrijednost je mnogo veća, stoga ploča-i-izmjenjivač zahtijeva daleko manju površinu za prijenos datog toplotnog opterećenja. Rezultirajući otisak je tipično jedna-trećina do jedne-petine PTFE izmjenjivača topline sa školjkama i cijevima sa istim termičkim performansama. Težina je također značajno smanjena jer je paket ploča mnogo lakši od snopa PTFE cijevi s metalnim kućištem.

Kompaktnost ploča-i-dizajna okvira je izrazita prednost za primjene gdje je prostor na prvom mjestu, kao što je naknadna ugradnja u postojeće procesne platforme, platforme na moru ili modularna hemijska postrojenja. Izmjenjivač PTFE školjke-i-izmjenjivača sličnog opterećenja može biti dužine nekoliko metara i zauzeti znatnu površinu poda, dok se pločasti izmjenjivač može instalirati vertikalno ili horizontalno u djeliću ovog prostora.

Ograničenja u pritisku i temperaturi
Jedinice školjke i cijevi (metalni omotač) od PTFE mogu se koristiti za umjerene do visoke pritiske, tipično 6-10 bara na strani cijevi, 10-20 bara na strani školjke, ovisno o dizajnu. PTFE cijevi su ograničene tlakom, ali je metalno kućište čvrsto zatvoreno. PTFE cijevi mogu tolerisati temperature od 110 do 120 stepeni; PFA cijev, 150 do 180 stepeni.

Strožija ograničenja primjenjuju se na pločaste{0}}i-izmjenjivače sa PTFE zaptivkama:

Pritisak – Zaptivke moraju biti dovoljno stisnute da zaptive uz ploče. Potrebna sila stezanja raste sa povećanjem unutrašnjeg pritiska i povećava se mogućnost ekstruzije brtve ili curenja. Tipični maksimalni radni pritisci za PTFE- zaptivne pločaste izmjenjivače su 6-10 bara (85-145 psi), sa nekim sistemima ocijenjenim na 15 bara. Veći pritisci zahtijevaju deblje ploče, teže okvire i specifične oblike zaptivača, što povećava troškove.

Temperatura - PTFE zaptivke počinju da puze i gube svoju zaptivnu silu iznad otprilike 150 do 180 stepeni. Ovo ovisi o korištenom razredu fluoropolimera (PTFE, PFA ili modificirani PTFE). Rad iznad 160 stepeni se obično ne preporučuje za kontinuirani rad. Neki dizajni PTFE omotača-i-(sa PFA cijevima) mogu raditi do 180-200 stepeni, ali stvarna ograničenja su često niža.

Za korozivne radove pri visokom pritisku ili visokoj temperaturi, PTFE jedinica sa školjkom i cijevi može biti jedina opcija. Za blage uslove (npr. . 5 bar i 100 stepeni) pločasti izmjenjivač je u potpunosti prikladan.

Otpornost na koroziju: legura u odnosu na pune fluoropolimerne ploče
PTFE izmjenjivači omotača i cijevi su univerzalno otporni na koroziju. PTFE je gotovo potpuno inertan za sve tvari osim rastopljenih alkalnih metala i elementarnog fluora na visokoj temperaturi. Stoga su pogodni za visoko agresivne miješane kiseline, carsku vodu, jaku dušičnu kiselinu i druge tekućine koje bi napale većinu metala.

Pločasti{0}}i-izmjenjivači sa PTFE zaptivkama zavise od metalnih ploča za primarnu zaštitu od korozije. Zaptivke su jedini deo od PTFE. Stoga se materijal ploče mora odabrati tako da izdrži određeni procesni fluid. Evo nekih uobičajenih opcija:

Nerđajući čelik (304/316) – Samo za blage kiseline i neutralne rastvore.

Hastelloy C-276 ili B-3 - Odlična otpornost na hlorovodoničnu kiselinu, sumpornu kiselinu i redukcione uslove. Napadaju jake oksidirajuće kiseline.

Titanijum (Grade 2, Grade 7) - Odlična otpornost na oksidirajuće kiseline (azotne, hromne) i hloride. Biće napadnut fluorovodoničnom kiselinom i nekim redukujućim kiselinama.

Cirkonijum ili tantal - Egzotične legure za teške uslove, ali veoma skupe.

Pločasti izmjenjivač može biti isplativo rješenje ako je procesni fluid kompatibilan sa pristupačnom legurom ploča (npr. titanijum za azotnu kiselinu, Hastelloy za HCl). Međutim, tamo gdje tekućina sadrži nekoliko neprijateljskih vrsta (npr. miješana kiselina sa oksidirajućim i redukcijskim komponentama), nijedan metal ne može biti prihvatljiv. U takvim slučajevima PTFE kućište-i-jedinica sa svojim univerzalnim otporom je sigurniji izbor.

Prljanje, čišćenje, održavanje
Izmjenjivači ploča-i-ramova se mogu jednostavno rastaviti radi čišćenja. Ploče se skidaju jedna po jedna i mogu se čistiti mehanički (četkanje, pranje pod pritiskom) ili kemijski. Ovo je veliki plus za usluge koje stvaraju meke ili ljepljive nečistoće. Međutim, sitne pore između ploča (obično 2-5 mm) su osjetljive na punjenje česticama, vlaknima ili kristalizirajućim supstancama. Pločasti izmjenjivač treba dobro izgrađeno sito ili filter uzvodno da ukloni čestice veće od otprilike 1 mm.

PTFE kućište{0}}i-izmjenjivači nude veće kanale protoka (unutrašnji promjer cijevi često 5-15 mm) i manje su skloni začepljenju. Glatka PTFE površina niskog trenja takođe sprečava lepljenje brojnih naslaga (pogledajte članak o površinskoj energiji). Ali je teže očistiti." Čišćenje unutrašnjosti cijevi se vrši mehanički (specijalni instrumenti – četkice za cijevi) i često kemijski. Cjevčice se ne mogu vaditi jedna po jedna radi pregleda, mora se izvaditi cijeli snop iz školjke.

Jedna od velikih prednosti pločastog izmjenjivača je da ako se zaptivka pokvari ili ploča korodira, pojedinačne ploče i zaptivke mogu se zamijeniti za nekoliko sati. U PTFE kućištu-i-jedinici, ako jedna cijev pokvari, cijev će se možda morati začepiti (smanjenje površine) ili će se možda morati zamijeniti cijeli snop cijevi, što je skup i{3}}zahtjev koji oduzima vrijeme.

Tipične primjene za svaku tehniku
Pločasti{0}}i-izmjenjivači sa PTFE zaptivkama se često koriste u čistim komunalnim uslugama (voda-voda, voda-glikol, para niskog pritiska) gdje tekućina nije pretjerano korozivna. Oni se mogu vidjeti u primjenama hemijskih procesa u:

Hlađenje razrijeđenih kiselina (npr.. 10% sumporne kiseline) gdje je pogodan titan ili nehrđajući čelik.

Plating kupke se koriste uz dobru filtraciju i umjerene temperature.

Povrat topline iz relativno čistih korozivnih tokova.

PTFE izmjenjivači omotača-i-cijevnih izmjenjivača su poželjna opcija za visoko korozivne, oksidirajuće kiseline ili čestice{2}}napunjene kiselinama kao što su:

Linije za mješovito kiseljenje (HNO3+HF)

Hot conc. hlorovodonične kiseline.

Aqua regia i druge oštre mješavine.

Tretman otpadnih kiselina sa promjenjivim sastavom fluida

Tabela poređenja: ploča i okvir vs školjka i cijev (PTFE)
Karakteristična ploča i okvir sa PTFE PTFE brtvama za školjke i cijevi
Ukupni koeficijent prijenosa topline (U-vrijednost) Visok (3-5× veći od omotača-i cijevi) Nizak (ograničena provodljivost PTFE)
Otisak (po dužnosti) (1× osnovna linija) Mali Veliki (3–5 puta veći)
Maksimalni trajni pritisak 6-10 bara (veći sa specifičnim dizajnom) 6-10 bara na strani cijevi (metalni omotač može biti veći)
Max. kontinuirana temperatura 150–180 stepeni (zaptivka-ograničena)110–120 stepeni (cevi od PTFE); 150-180 stepeni (epruvete od PFA)
Otpornost na koroziju zavisi od pločastih legura PTFE zaptivke Univerzalne (PTFE ili PFA na svim mokrim površinama)
Osetljivost na čestice prašine Visoka (tanke praznine koje teže začepljenju) Niska (veći prečnici cevi; glatka površina)
Jednostavan za održavanje Vrlo dobar (ploče se mogu rastaviti i četkati) Pošteno (potrebno je kemijsko čišćenje ili četkanje cijevi)
Visoka popravljivost (zamjenjive pojedinačne ploče i zaptivke) Ograničeno (čepljenje cijevi ili zamjena snopa)
Prvi trošak (npr. obaveza) Čiste, umjerene usluge niže. Bolja opća otpornost na koroziju
Tipične primjene • Čiste razrijeđene kiseline • Kupke za popločavanje • Vodovodne instalacije Agresivne miješane kiseline, oksidirajuće kiseline, otpadni tokovi različitog sastava
Vodič za donošenje odluka: Odabir pravog izmjenjivača
Odluka za pločasti i okvirni izmjenjivač sa PTFE zaptivkama ili PTFE jedinicu školjke i cijevi treba ovisiti o čistoći, korozivnosti, pritisku i dostupnoj površini za tekućinu.

Odaberite izmjenjivač ploča-i-ramova ako:

Procesni fluid je čist i čestice su manje od 1 mm (ili je obezbeđena odgovarajuća filtracija).

Tečnost je kompatibilna sa metalnim legurama umjerene cijene (nehrđajući čelik, titan, Hastelloy) na radnoj temperaturi.

Radni pritisak je ispod 10 bara, a temperatura ispod 150 stepeni.

Prostor je ograničen, a kompaktan otisak je važan.

Vrlo je važna lakoća rastavljanja i čišćenja.

Izmjenjivač će se koristiti za povrat topline ili komunalne poslove umjesto direktnog kontakta s vrlo reaktivnim miješanim kiselinama.

Odaberite izmjenjivač topline{0}}i-od PTFE kada:

Tečnost se sastoji od snažnih oksidirajućih kiselina (dušišna, hromna) ili kombinovanih kiselina koje bi mogle da napadaju bilo koji metal.

Sastav fluida je nepredvidiv ili loše karakteriziran, stoga postoji rizik u odabiru legure.

Tečnost sadrži čestice, vlakna ili kristale koji bi mogli začepiti male praznine na ploči.

Operating pressure >10 bar or temperature >150 stepeni (sa PFA cijevi).

Potrebna je univerzalna otpornost na koroziju bez rizika od lokaliziranog napada ili udubljenja.

Postrojenje nema mogućnost održavanja za redovno rastavljanje i zamjenu zaptivki.

Obje tehnologije postoje-uporedo-u mnogim okruženjima hemijskih procesa. PTFE izmjenjivač-i-cijevni izmjenjivač može se odabrati za visoko korozivno grijanje miješane kiseline, dok pločasti{5}}i-izmjenjivač sa titanijumskim pločama i PTFE zaptivkama obavlja hlađenje čiste, razrijeđene azotne kiseline na drugim mjestima u istom postrojenju.

Zaključak: kompaktna efikasnost ili univerzalna robusnost
Pločasti i okvirni izmjenjivači topline sa PTFE zaptivkama pružaju visoku termičku efikasnost i mali otisak zbog velike turbulencije i tankih metalnih ploča. Njihove U-vrijednosti su tri do pet puta veće od onih kod PTFE kućišta i cijevi, što rezultira značajno manjim otiskom i smanjenom težinom.