เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ดำเนินการอย่างไรกับไทเทเนียมในการทำความร้อนด้วยสารฟอกขาวไฮโปคลอไรต์

เคมีที่โจมตีไทเทเนียม

ไทเทเนียมต้านทานโซเดียมไฮโปคลอไรต์ผ่านการก่อตัวของฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ซึ่งมีความเสถียรในสารละลายที่เป็นกลางและเป็นด่าง ภาพยนตร์เรื่องนี้เป็นสาเหตุให้ไททาเนียมทำงานได้ดีกับสารฟอกขาวที่อุณหภูมิและความเข้มข้นปานกลาง ฟิล์มจะแตกตัวเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 70 องศา เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นมากกว่า 15% หรือเมื่อค่า pH ลดลงต่ำกว่า 9

อัตราการกัดกร่อนของไทเทเนียมในการให้บริการไฮโปคลอไรต์ที่ 60 องศา และไฮโปคลอไรต์ 12% โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 0.05 มม. ต่อปี ที่ 80 องศาและไฮโปคลอไรต์ 15% อัตราจะเพิ่มขึ้นเป็น 0.3–0.8 มม. ต่อปี ที่ 90 องศาและไฮโปคลอไรต์ 15% อัตราสามารถเกิน 1.5 มม. ต่อปี

โดยทั่วไปการกัดกร่อนเริ่มต้นที่ปลายท่อโดยมีความเร็วการไหลต่ำและมีอุณหภูมิสูง และที่ท่อ-ถึง-ข้อต่อแผ่นท่อที่ซึ่งรูปทรงของรอยแยกรวมตัวกับชนิดที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การกัดกร่อนจะปรากฏเป็นรูพรุน ซึ่งทะลุผนังท่อและทำให้เกิดการรั่วไหล

เคมีที่โจมตี PTFE

PTFE ทนทานต่อโซเดียมไฮโปคลอไรต์ที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิทุกระดับภายในช่วงการบริการ พันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนไม่ถูกโจมตีโดยไฮโปคลอไรต์หรือโซดาไฟที่ทำให้สารฟอกขาวคงตัว วัสดุไม่เป็นสนิม และอายุการใช้งานถูกกำหนดโดยปัจจัยทางกลมากกว่าการโจมตีทางเคมี

กลไกการย่อยสลายเพียงอย่างเดียวสำหรับ PTFE ในบริการไฮโปคลอไรต์คือการแพร่กระจายของไฮโปคลอไรต์และสารกัดกร่อนไปยังบริเวณอสัณฐานของโพลีเมอร์ การแพร่กระจายช้า และผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลก็ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว อายุการใช้งานของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ในการให้บริการไฮโปคลอไรต์โดยทั่วไปคือ 12–18 ปี

ช่องว่างการนำความร้อน

ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 22 W/m·K เทียบกับ 0.25 W/m·K สำหรับ PTFE อัตราส่วนประมาณ 88:1

สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ให้พลังงาน 40 kW ในไฮโปคลอไรต์ 12% ที่ 60 องศา หน่วยไทเทเนียมต้องการพื้นที่ผิวประมาณ 3 ตารางเมตร โดยพิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมที่ 800 วัตต์/เมตร²·K และความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยบันทึกที่ 17 องศา หน่วย PTFE สำหรับงานเดียวกันต้องใช้พื้นที่ผิวประมาณ 12 ตารางเมตร โดยพิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์โดยรวมที่ 200 W/m·K และความแตกต่างของอุณหภูมิที่เท่ากัน

หน่วย PTFE มีขนาดใหญ่กว่าหน่วยไทเทเนียม 4 เท่า ขนาดที่ใหญ่ขึ้นจะเพิ่มต้นทุนเงินทุน พื้นที่ และปริมาตรของเหลว ฟลักซ์ความร้อนที่ต่ำกว่าจะช่วยลดอุณหภูมิผนังท่อซึ่งเป็นประโยชน์ต่อกระบวนการนี้ แต่พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นยังทำให้พื้นผิวเกิดการสะสมตัวมากขึ้นและต้องใช้เวลาในการทำความสะอาดมากขึ้น

ปัญหาการสลายตัวที่อุณหภูมิสูงขึ้น

โซเดียมไฮโปคลอไรต์จะสลายตัวในอัตราที่เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ที่ 60 องศา อัตราการสลายตัวจะอยู่ที่ประมาณ 2% ต่อวัน ที่อุณหภูมิ 70 องศา อัตราประมาณ 5% ต่อวัน ที่ 80 องศา อัตราประมาณ 10% ต่อวัน การสลายตัวทำให้เกิดก๊าซคลอรีนและกรดไฮโดรคลอริกซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนทั้งสองวัสดุ

อัตราการสลายตัวจะจำกัดอุณหภูมิในการทำงานจริงสำหรับทั้งไทเทเนียมและ PTFE ที่อุณหภูมิสูงกว่า 70 องศา อัตราการสลายตัวจะสูงพอที่จะเติมความเข้มข้นของไฮโปคลอไรต์อย่างต่อเนื่อง และต้องระบายก๊าซคลอรีน การเลือกใช้วัสดุต้องคำนึงถึงก๊าซคลอรีนและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วย

ไทเทเนียมมีความอ่อนไหวเป็นพิเศษต่อกรดไฮโดรคลอริกที่เกิดจากการสลายตัว กรดจะลดค่า pH และเร่งการกัดกร่อนของไทเทเนียม PTFE มีความทนทานต่อกรดไฮโดรคลอริกและก๊าซคลอรีน ดังนั้นการสลายตัวจึงไม่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของ PTFE

การเปรียบเทียบวัสดุสองชนิดในบริการฟอกสีไฮโปคลอไรต์

ตารางต่อไปนี้สรุปประสิทธิภาพและลักษณะต้นทุนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และไทเทเนียมในบริการฟอกสีไฮโปคลอไรต์ที่ 60 องศา พร้อมด้วยโซเดียมไฮโปคลอไรต์ 12%

มูลค่าต้นทุนรวมห้า-ปีจะถือว่ามูลค่าการผลิตอยู่ที่ 600 เหรียญสหรัฐต่อชั่วโมง และรวมต้นทุนทุน ค่าติดตั้ง และค่าบำรุงรักษาตลอดระยะเวลาห้าปี

เมื่อไทเทเนียมเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

ไทเทเนียมเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการใช้งานเฉพาะหลายอย่าง

บริการอุณหภูมิต่ำ-ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 50 องศา ไทเทเนียมสามารถต้านทานไฮโปคลอไรต์ได้โดยไม่ยาก และค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้นจะช่วยลดพื้นที่ผิวที่ต้องการและต้นทุนต้นทุน

บริการที่มีความเข้มข้นต่ำ-ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า 10% ไทเทเนียมจะต้านทานไฮโปคลอไรต์ที่อุณหภูมิสูงถึง 60 องศา และค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้นจะช่วยลดพื้นที่ผิวที่ต้องการ

พื้นที่-การติดตั้งที่มีข้อจำกัดเมื่อพื้นที่ว่างมีจำกัดอย่างมาก หน่วยไทเทเนียมที่เล็กกว่าอาจเป็นตัวเลือกเดียวที่เป็นไปได้ หน่วย PTFE จะต้องมีพื้นที่ผิวเป็น 4 เท่า ซึ่งอาจไม่พอดีกับพื้นที่ที่มีอยู่

บริการแรงดันสูง-ไทเทเนียมมีความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่า PTFE และสามารถทนต่อแรงกดดันได้สูงกว่า สำหรับการบริการไฮโปคลอไรต์ที่ความดันสูงกว่า 10 บาร์ ไทเทเนียมอาจเป็นตัวเลือกเดียวที่ใช้ได้

เมื่อ PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการใช้งานเฉพาะหลายอย่าง

บริการอุณหภูมิสูง-ที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 องศา PTFE ต้านทานผลิตภัณฑ์สลายตัวได้ดีกว่าไทเทเนียม และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า

บริการที่มีความเข้มข้นสูง-ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 12% PTFE จะต้านทานไฮโปคลอไรต์และสารกัดกร่อนได้ดีกว่าไทเทเนียม

การสัมผัสก๊าซคลอรีนหากการสลายตัวทำให้เกิดก๊าซคลอรีน PTFE จะต้านทานก๊าซได้ดีกว่าไทเทเนียม

บริการปั่นจักรยานความร้อนPTFE มีความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนสูงกว่าไทเทเนียม ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการซ่อมบำรุงที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบ่อยครั้ง

ความต้องการอายุการใช้งานที่ยาวนานเมื่อคาดว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีอายุการใช้งาน 10 ปีขึ้นไป PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเนื่องจากทนทานต่อการโจมตีทางเคมีในระยะเวลาที่นานขึ้น

คุณสมบัติการออกแบบที่ยืดอายุการใช้งาน

คุณสมบัติการออกแบบหลายประการช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทั้ง PTFE และไทเทเนียมในบริการฟอกสีไฮโปคลอไรต์

อุณหภูมิในการทำงานต่ำลงการลดอุณหภูมิในการทำงานจาก 70 องศาเป็น 50 องศาจะช่วยลดอัตราการย่อยสลายและการโจมตีทางเคมีต่อวัสดุแลกเปลี่ยนความร้อน

ความเข้มข้นต่ำลงการลดความเข้มข้นของไฮโปคลอไรต์จาก 15% เหลือ 10% จะช่วยลดการโจมตีทางเคมีและอัตราการสลายตัว

การควบคุมค่า pHการรักษาค่า pH ให้สูงกว่า 10 จะช่วยลดการกัดกร่อนของไทเทเนียมและการสลายตัวของไฮโปคลอไรต์

การควบคุมความเร็วการไหลการรักษาความเร็วการไหลในระดับปานกลางจะช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขตและความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวที่พื้นผิวท่อ

จัดให้มี-ข้อกำหนดในการทำความสะอาดการเชื่อมต่อสำหรับการจ่ายและส่งคืนน้ำยาทำความสะอาดทำให้สามารถทำความสะอาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนได้โดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วน ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานและการสูญเสียในการผลิต

พารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะสำหรับบริการฟอกสีไฮโปคลอไรต์

วิศวกรอุปกรณ์ที่ประเมินเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และไทเทเนียมสำหรับบริการฟอกสีไฮโปคลอไรต์ควรยืนยันพารามิเตอร์ต่อไปนี้กับซัพพลายเออร์

ความเข้มข้นของไฮโปคลอไรต์ระบุความเข้มข้นสูงสุดและช่วงที่คาดหวัง

อุณหภูมิในการทำงานระบุอุณหภูมิการทำงานสูงสุดและโปรไฟล์อุณหภูมิที่คาดหวัง

ค่า pHระบุช่วง pH และวิธีการควบคุม

แรงดันใช้งานระบุแรงดันใช้งานสูงสุด

ภาระความร้อนและพื้นที่ผิวระบุภาระความร้อนและพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับตัวเลือกวัสดุแต่ละรายการ

อัตราการสลายตัวระบุอัตราการสลายตัวที่คาดหวังและอัตราการสร้างก๊าซคลอรีน

ข้อจำกัดด้านพื้นที่ระบุพื้นที่ว่างและขนาดพื้นที่สูงสุดที่อนุญาต

ความต้องการอายุการใช้งานระบุอายุการใช้งานที่คาดไว้และกำหนดการเปลี่ยน

การจับคู่การเลือกวัสดุกับเงื่อนไขการบริการไฮโปคลอไรต์

การเลือกระหว่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และไทเทเนียมในบริการสารฟอกขาวไฮโปคลอไรต์จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความเข้มข้น ค่า pH และข้อกำหนดอายุการใช้งาน ไทเทเนียมมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าและต้องการพื้นที่ผิวน้อยกว่า แต่ไวต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงและมีความเข้มข้นสูง PTFE มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าและต้องการพื้นที่ผิวมากขึ้น แต่สามารถทนต่อไฮโปคลอไรต์ได้ทุกความเข้มข้นและอุณหภูมิ

การตัดสินใจเลือกควรขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์เฉพาะของโรงงาน-ที่รวมต้นทุนทุน ค่าบำรุงรักษา และการสูญเสียจากการผลิต แบบจำลองสเปรดชีตอย่างง่ายที่มีส่วนประกอบต้นทุนเหล่านี้จะให้ข้อมูลที่จำเป็นในการตัดสินใจ

สำหรับศูนย์บริการฟอกขาวไฮโปคลอไรต์ที่ประเมินตัวเลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การเลือกวัสดุควรพิจารณาจากต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของตลอดอายุการใช้งานที่คาดหวัง ไม่ใช่แค่ต้นทุนทุนหรือประสิทธิภาพการระบายความร้อน หน่วยไทเทเนียมที่มีต้นทุนเงินทุนต่ำกว่าอาจมีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สูงกว่าหากจำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อยครั้ง

วิศวกรอุปกรณ์และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อที่ประเมินข้อกำหนดเฉพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำหรับสารฟอกขาวไฮโปคลอไรต์หรือบริการออกซิไดซ์อื่นๆ สามารถขอการตรวจสอบการออกแบบที่ครอบคลุมความเข้มข้นของไฮโปคลอไรต์ อุณหภูมิในการทำงาน ค่า pH ความดันในการทำงาน และข้อกำหนดอายุการใช้งาน เพื่อยืนยันว่าการเลือกวัสดุสอดคล้องกับเงื่อนไขการบริการจริงและโครงสร้างต้นทุนของโรงงาน