U kojim hemijskim uslugama grafitni izmjenjivač topline nadmašuje PTFE jedinicu?

I grafit i PTFE su šampioni u korozivnom prijenosu topline, ali oba imaju svoje jake strane. Poznavanje usluga u kojima grafit nadmašuje PTFE spriječit će skupe pogrešne primjene. PTFE je odličan hemijski otporan i mehanički fleksibilan materijal, ali grafit ima superiornu toplotnu provodljivost i otpornost na visoke temperature, što ga čini materijalom izbora za uski raspon korozivnih aktivnosti. Grafit i PTFE izmjenjivači topline su dobro poznati i inženjeri mogu odabrati najpouzdanije i najisplativije rješenje.

Vruća sumporna kiselina (70–98%) - Tvrđava grafita
Jedna od najagresivnijih industrijskih hemikalija je koncentrisana vruća sumporna kiselina. Grafit (impregniran fenolnom ili PTFE smolom, nepropusni tip) se dobro ponaša u ovom okruženju do 200 stepeni. Materijal je otporan na napade oksidacije i dehidracije i održava strukturni integritet čak i pri visokoj koncentraciji.

Dok je PTFE ograničen na oko 110 stepeni za trajni rad u sumpornoj kiselini. Iznad ove temperature, PTFE slabi i gubi svoju mehaničku čvrstoću. Također, jaz toplinske provodljivosti postaje ključan. Za hlađenje ili zagrijavanje koncentrirane kiseline potreban je efikasan prijenos topline kako bi se izbjeglo lokalizirano pregrijavanje ili podhlađenje koje može ubrzati koroziju ili uzrokovati oštećenje proizvoda.

U primjenama kao što je razrjeđivanje sumporne kiseline, međufazno hlađenje kontaktnog postrojenja ili jedinice za koncentraciju kiseline, grafitni izmjenjivači topline su obično jedino praktično nemetalno rješenje. Imaju veliku toplotnu provodljivost i omogućavaju kompaktan dizajn. Njihova otpornost na koroziju je stabilna tokom godina upotrebe.

Hlorovodonična kiselina, organski kontaminirana
Hlorovodonična kiselina je vrlo korozivna za većinu metala u bilo kojoj količini. Čisti HCl dobro podnose i grafit i PTFE. Međutim, ako kiselina sadrži organske kontaminante, kao što su klorirana otapala, ulja ili nusprodukti reakcije, grafit je često poželjniji izbor.

Grafit je otporan na HCl do tačke ključanja (110 stepeni za azeotropnu snagu) i na njega ne utiču tragovi organskih materija. PTFE je takođe otporan na ove organske materije, ali nedostatak je niža toplotna provodljivost PTFE-a. Za datu funkciju, površina prijenosa topline PTFE izmjenjivača je mnogo veća. Tamo gdje procesna tekućina sadrži ljepljive organske tvari, veće dužine cijevi i veća školjka PTFE jedinice povećavaju vjerovatnoću prljanja i teškoće čišćenja. Grafit se nudi u obliku kompaktnog bloka ili školjke-i-u obliku, što minimizira vrijeme zadržavanja i površinu za taloženje.

U praksi, za usluge HCl sa umjerenim do visokim toplinskim opterećenjem, grafit nudi manji izmjenjivač koji bolje reagira i koji se lakše čisti i održava.

Usluge koje zahtijevaju visoke stope prijenosa topline
Grafit ima toplotnu provodljivost od 80-120 W/m·K, nekoliko stotina puta više od PTFE (0,25 W/m·K). Grafit je materijal izbora gdje su kompaktnost i velika toplinska efikasnost kritični. Korist je maksimalna u:

Visok{0}}tečnost za hlađenje ili grijanje - Ukupni koeficijent prijenosa topline za grafitni tečni-tečni izmjenjivač je normalno 600–1200 W/m2·K dok je za PTFE 200–400 W/m2·K. Razlika je u tome što grafitna jedinica može biti 2 do 5 puta manja za istu dužnost.

Kondenzacija korozivnih para - Visoki cijevni- koeficijenti bočnog filma potrebni su za kondenzacijske aktivnosti. Niska provodljivost PTFE-a je ozbiljno usko grlo zbog otpornosti filma kondenzirajuće tekućine. Grafit će se efikasno kondenzirati, često na manje od jedne trećine površine potrebne za PTFE jedinicu.

Brzo serijsko zagrijavanje ili hlađenje - Za serijske operacije u kojima je vrijeme ciklusa ključno, niska termička masa i jaka toplotna provodljivost grafita omogućavaju brzo povećanje temperature. Sporo reagovanje PTFE-a takođe povećava vreme ciklusa.

Kompaktnost grafita je odlučujući faktor u primjenama gdje je prostor na prvom mjestu, kao što su klizanja kemijskih reaktora, farmaceutske čiste sobe ili rekonstrukcije u postojećim zgradama.

Kada je PTFE bolji od grafita (priznanje)
Svako pošteno poređenje mora potvrditi usluge za koje je PTFE superioran. PTFE je bolji od grafita u nastavku:

Servis Zašto biste trebali odabrati PTFE
Jake oksidirajuće kiseline (npr. koncentrirana azotna kiselina, hromna kiselina) U okolnostima oksidacije impregnacija smole je napadnuta, što uzrokuje gubitak otpornosti na koroziju u nepropusnom grafitu. PTFE je u suštini ne-oksidirajući.
Vruće jake kaustike (npr.. 50% NaOH iznad 100 stepeni) Vruće alkalije napadaju grafit. PTFE je otporan na nagrizanje do svojih temperaturnih granica.
Oleum (dimljiva sumporna kiselina koja sadrži slobodni SO₃) Grafit reaguje sa slobodnim SO 3 . PTFE je stabilan.
Sistemi sa visokim vibracijama ili vodenim čekićima Grafit je krhak pa puca. PTFE je fleksibilan tako da podnosi mehanički udar.
Velike ili abrazivne supstance u tečnostima Grafitni prolazi začepe ili degradiraju. PTFE cijevi se mogu saviti i proći kroz čestice.
Grafit će reagirati s oleumom, vrućim jakim kausticima ili oksidirajućim kiselinama, npr. koncentriranim dušikom. Za ove usluge treba ispitati PTFE ili druge materijale (npr. tantal, silicijum karbid).

Tabela sažetka: Smjernice za odlučivanje
Kratak vodič za odabir grafita ili PTFE-a za hemijsku upotrebu prikazan je u tabeli ispod:

Hemijske usluge Grafit Performanse PTFE Performanse Materijali Preferirani
Vrući H2SO4 (70-98%, 80-200oC) Odlična ograničena temperatura