วิธีการเลือกวัสดุปะเก็นสำหรับตัวแลกเปลี่ยน PTFE ในการจัดการกับตัวทำละลายคลอรีนร้อน

ปะเก็นที่ล้มเหลวอาจผสมสองกระบวนการเข้าด้วยกัน ปิดสายการผลิต และสร้างอันตรายด้านความปลอดภัย เมื่อของไหลมีเมทิลีนคลอไรด์หรือเปอร์คลอโรเอทิลีนร้อน อีลาสโตเมอร์มาตรฐาน เช่น ไวตัน จะพองตัวและล้มเหลว การเลือกใช้วัสดุปะเก็นกลายเป็นปริศนาเรื่องความเข้ากันได้ทางเคมีที่สำคัญ สำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่ต้องจัดการตัวทำละลายคลอรีนร้อนที่มีฤทธิ์รุนแรง ปะเก็นจะต้องทนทานต่อการโจมตีทางเคมี รักษาการปิดผนึกผ่านวงจรความร้อน และหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนในของเหลวในกระบวนการ การเลือกวัสดุที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดการรั่วไหล การหยุดทำงาน และการปล่อยมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ความท้าทายในการปิดผนึกด้วยตัวทำละลายคลอรีน

ตัวทำละลายคลอรีน เช่น เมทิลีนคลอไรด์ (ไดคลอโรมีเทน, DCM), เปอร์คลอโรเอทิลีน (PCE, เตตระคลอโรเอทิลีน), ไตรคลอโรเอทิลีน (TCE) และคลอโรเบนซีน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการล้างไขมัน การซักแห้ง การสังเคราะห์ทางเคมี และกระบวนการทางเภสัชกรรม เมื่อให้ความร้อนในตัวแลกเปลี่ยน PTFE-โดยทั่วไปที่ด้านท่อ โดยมีตัวกลางให้ความร้อนหรือความเย็นที่ด้านเปลือก-ตัวทำละลายเหล่านี้นำเสนอความท้าทายในการปิดผนึกที่ไม่เหมือนใคร

ปะเก็นยางส่วนใหญ่ (ไนไตรล์, EPDM, ไวตัน, ซิลิโคน) ถูกโจมตีโดยตัวทำละลายคลอรีน Viton® (FKM) ขยายตัวอย่างมากและสูญเสียคุณสมบัติทางกล ยางไนไตรล์ (NBR) ละลายหรือเปราะ แม้แต่โพลีคลอโรพรีน (นีโอพรีน) ก็ไม่เหมาะสม อีลาสโตเมอร์เพียงชนิดเดียวที่มีความต้านทานเล็กน้อย (เช่น เพอร์ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ เช่น Kalrez® หรือ Chemraz®) มีราคาแพงมากและยังคงต้องมีการยืนยันที่ตัวทำละลายและอุณหภูมิเฉพาะ นอกจากนี้ อีลาสโตเมอร์ยังสามารถชะล้างพลาสติไซเซอร์หรือโอลิโกเมอร์น้ำหนัก-โมเลกุล-ต่ำลงในตัวทำละลาย ซึ่งปนเปื้อนสารกลั่นที่อาจต้องมีความบริสุทธิ์สูง

ดังนั้นการค้นหากวัสดุปะเก็นตัวแลกเปลี่ยน PTFE ตัวทำละลายคลอรีนร้อนหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ชี้ไปที่สารละลายที่มีพื้นฐานมาจากฟลูออโรโพลีเมอร์-หรือกราไฟท์- ซึ่งเฉื่อยทางเคมีและมีความเสถียรทางความร้อน

วัสดุปะเก็นผู้สมัคร

1. PTFE แบบขยาย (ePTFE)

โพลีเตตร้าฟลูออโรเอทิลีนแบบขยาย (ePTFE) คือรูปแบบดัดแปลงของ PTFE ซึ่งถูกทำให้เกิดฟองหรือยืดออกเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนขนาดเล็กและมีความยืดหยุ่นสูง โดยยังคงความทนทานต่อสารเคมีสากลของ PTFE แข็ง-ที่เข้ากันได้กับตัวทำละลายคลอรีนทั้งหมดที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 260 องศา (500 องศา F) อย่างไรก็ตาม ขีดจำกัดอุณหภูมิในทางปฏิบัติสำหรับปะเก็น ePTFE ในการให้บริการต่อเนื่องโดยทั่วไปคือ 200–230 องศา ขึ้นอยู่กับเกรดเฉพาะ

ข้อดีของตัวทำละลายคลอรีน:

เฉื่อยต่อเมทิลีนคลอไรด์, เปอร์คลอโรเอทิลีน, TCE และไฮโดรคาร์บอนที่มีคลอรีนอื่นๆ ทั้งหมด

ไม่มีการชะล้างหรือสารสกัด (PTFE บริสุทธิ์)

สอดคล้องตามมาตรฐานสูง – วัสดุที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นช่วยเติมเต็มข้อบกพร่องของพื้นผิวหน้าแปลน (รอยขีดข่วน หลุม เป็นคลื่น) ได้ดีกว่า PTFE ที่เป็นของแข็ง

การคืบคลานและการไหลเย็นต่ำเมื่อเทียบกับ PTFE ที่เป็นของแข็ง แม้ว่าจะยังคงมีนัยสำคัญก็ตาม

มีจำหน่ายทั้งแบบแผ่น เทป และปะเก็นสำเร็จรูป-

ข้อเสีย:

ความแข็งแรงทางกลจำกัดเมื่อเทียบกับปะเก็นยาง

ต้องใช้โหลดโบลต์ที่สูงกว่าจึงจะสามารถซีลได้ (โดยทั่วไปจะมีความเครียดของปะเก็น 20–30 MPa)

อ่อนแอต่อการผ่อนคลายเมื่อเวลาผ่านไป แรงบิดซ้ำ-หลังจากการหมุนเวียนความร้อนถือเป็นสิ่งสำคัญ

2. กราไฟท์แบบยืดหยุ่นพร้อมการเคลือบหรือการเคลือบ PTFE

กราไฟท์แบบยืดหยุ่น (หรือที่เรียกว่ากราไฟท์แบบขยาย) เป็นวัสดุปะเก็นที่มีอุณหภูมิสูง-ที่ดีเยี่ยม เฉื่อยต่อสารเคมีเกือบทั้งหมด รวมถึงตัวทำละลายคลอรีน จนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก (450 องศาขึ้นไป) อย่างไรก็ตาม กราไฟท์บริสุทธิ์อาจมีรูพรุนบ้างและอาจปล่อยอนุภาคละเอียดออกมา สำหรับบริการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ต้องคำนึงถึงการปนเปื้อน การเคลือบ PTFE หรือลามิเนต PTFE บนผิวหน้าที่สัมผัสของไหล-จะมีสิ่งกั้น-ที่ไม่ติดและไม่มี-เป็นรูพรุน

การก่อสร้างทั่วไป:

แกนของกราไฟท์ที่มีความยืดหยุ่น (มีหรือไม่มีแผ่นโลหะเพื่อความแข็งแรง)

ชั้นบางของฟิล์ม PTFE (เช่น 0.05–0.1 มม.) ยึดติดกับพื้นผิวที่สัมผัสกับตัวทำละลายคลอรีน

อีกทางหนึ่ง ปะเก็นซองจดหมาย PTFE (ดังที่กล่าวถึงด้านล่าง) สามารถใช้กราไฟท์ที่ยืดหยุ่นเป็นแกนกลางได้

ข้อดี:

ทนต่ออุณหภูมิได้ดีเยี่ยม (สูงสุด 350 องศาสำหรับกราไฟท์เพียงอย่างเดียว, 230 องศาพร้อมการเคลือบ PTFE)

การคืบคลานต่ำมาก – รักษาภาระของโบลต์ได้ดีกว่า ePTFE

ทนต่อสารเคมีได้ดี (กราไฟท์ถูกโจมตีโดยตัวออกซิไดเซอร์ที่แรงเท่านั้น เช่น กรดไนตริกเข้มข้นหรือออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง ตัวทำละลายคลอรีนไม่ใช่ตัวออกซิไดเซอร์)

ข้อเสีย:

การเคลือบ PTFE อาจบางและสามารถเกิดรอยขีดข่วนได้ เผยให้เห็นกราไฟท์ ซอง PTFE แบบเต็มมีความน่าเชื่อถือมากกว่า

กราไฟท์สามารถมีฤทธิ์กัดกร่อนได้ จำเป็นต้องมีการจัดการอย่างระมัดระวัง

3. ปะเก็นซองจดหมาย PTFE

ปะเก็นซองจดหมาย PTFE ประกอบด้วยแกนตัวเติมแบบอัดได้ (เช่น แผ่นโลหะที่มีรูพรุน แผ่นใยหินที่ไม่ใช่- หรือแผ่นกราไฟท์แบบยืดหยุ่น) ที่ล้อมรอบด้วยซอง PTFE บางๆ โดยทั่วไปซองจดหมายจะมีความหนา 0.2–0.5 มม. และพลิกกลับที่ขอบด้านในและด้านนอก เปลือกหุ้ม PTFE ให้ความทนทานต่อสารเคมี ในขณะที่แกนให้ความยืดหยุ่นและต้านทานการคืบคลาน

สำหรับตัวทำละลายคลอรีนร้อน วัสดุหลักที่แนะนำ:

กราไฟท์แบบยืดหยุ่น (สำหรับอุณหภูมิสูงถึง 230 องศา พร้อมซอง PTFE)

เหล็กขยายหรือตาข่ายโมเนล (เพื่อความแข็งแรงทางกล)

เส้นใยอุณหภูมิสูงที่ไม่ใช่-แร่ใยหิน- (ต้องแน่ใจว่าไม่มีสารยึดเกาะที่เสื่อมสภาพ)

ข้อดี:

ทนต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม – มีเพียง PTFE เท่านั้นที่สัมผัสกับตัวทำละลาย

การบีบอัดและการคืนตัวที่ดี – ปิดผนึกได้ดีกับหน้าแปลนที่เสียหาย

มีจำหน่ายในขนาดมาตรฐานสำหรับหน้าแปลนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE

ข้อเสีย:

ต้นทุนสูงกว่าแผ่น ePTFE

ซองจดหมายสามารถเจาะได้หากใช้ปะเก็นในทางที่ผิด

ต้องมีการจัดศูนย์กลางอย่างระมัดระวังระหว่างการติดตั้ง

4. ปะเก็น PTFE แบบแข็ง (ไม่ได้บรรจุ)

ปะเก็น PTFE แข็งที่ยังไม่ได้บรรจุ (ตัดจากแผ่นหนา 1–3 มม.) สามารถเข้ากันได้ทางเคมี แต่มีความสอดคล้องต่ำและมีการคืบคลานมาก ปิดผนึกได้ยากบนหน้าแปลนที่หยาบ และโดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้กับบริการตัวทำละลายคลอรีน เว้นแต่หน้าแปลนจะแบนมากและโบลต์ถูก-บิดซ้ำบ่อยครั้ง PTFE แบบขยายมักเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเสมอ

ตารางอ้างอิงความเข้ากันได้

กลศาสตร์การปิดผนึก: ปะเก็น PTFE ต้องการการดูแล

ต่างจากปะเก็นยางที่รับแรงโบลต์ปานกลาง ปะเก็นที่ใช้ PTFE- (รวมถึง ePTFE) นั้นเป็นเทอร์โมพลาสติก พวกเขาต้องการความเค้นโบลต์เริ่มต้นที่สูงกว่าเพื่อสร้างการซีล-โดยทั่วไป 20–35 MPa บนบริเวณหน้าสัมผัสของปะเก็น นี่เป็นภาระ 2-3 เท่าของภาระที่จำเป็นสำหรับปะเก็นยาง หน้าแปลนจะต้องแข็งแรงพอที่จะรับน้ำหนักเหล่านี้ได้โดยไม่เกิดการโค้งงอ

นอกจากนี้ PTFE จะคืบคลาน (กระแสเย็น) ภายใต้การบีบอัดอย่างต่อเนื่อง หลังจากรอบการให้ความร้อนครั้งแรก ความหนาของปะเก็นอาจลดลง ส่งผลให้ภาระของสลักเกลียวลดลง ดังนั้น,ทำการบิดอีกครั้ง-หลังจากที่ตัวแลกเปลี่ยนถึงอุณหภูมิในการทำงานแล้วจึงเย็นลงขอแนะนำอย่างยิ่ง การบิดอีกครั้ง-ครั้งที่สองหลังจากดำเนินการไปสองสามวันก็อาจเป็นประโยชน์เช่นกัน ผู้ผลิตปะเก็นบางรายมีกราฟการรักษาแรงบิดเพื่อกำหนด-ช่วงเวลาแรงบิดใหม่

สำหรับวัสดุปะเก็นตัวแลกเปลี่ยน PTFE ตัวทำละลายคลอรีนร้อนการเลือก การผสมผสานระหว่าง ePTFE หรือปะเก็นซองจดหมาย PTFE- กับแกนที่อัดได้ (กราไฟต์หรือโลหะ) ถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม การออกแบบซองจดหมายทำให้เกิดสิ่งกีดขวางซ้ำซ้อน-แม้ว่าซองจดหมายจะเสียหาย แต่วัสดุแกนกลางควรจะเข้ากันได้ทางเคมี (เช่น กราไฟท์ที่ยืดหยุ่นยังทนทานต่อตัวทำละลายคลอรีนด้วย)

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการติดตั้ง

การเตรียมหน้าแปลน– หน้าหน้าแปลนควรเรียบ (Ra 1.6–3.2 µm) และปราศจากรอยขีดข่วนลึก รูพรุน หรือรอยแนวรัศมี ตัวทำละลายคลอรีนสามารถซึมผ่านช่องแคบิลลารีเล็กๆ ได้หากพื้นผิวหน้าแปลนหยาบเกินไป หน้าแปลนหน้ายก-ที่มีผิวฟันปลาเป็นที่ยอมรับได้ แต่ไม่ควรมีร่องแหลมคม

ปะเก็นอยู่ตรงกลาง– ปะเก็นซองจดหมาย PTFE จะต้องอยู่ตรงกลางอย่างสมบูรณ์ ปะเก็นที่อยู่ตรงกลาง-อาจทำให้ซองจดหมายพับหรือแกนเปิดออกที่ขอบด้านใน

ลำดับการขันน็อตให้แน่น– ใช้ประแจทอร์คที่ปรับเทียบแล้ว ทำตามรูปแบบดาว สำหรับหน้าแปลนขนาดใหญ่ ให้ขันให้แน่นอย่างน้อยสามรอบ (เช่น 30%, 70%, 100% ของแรงบิดเป้าหมาย) บันทึกค่าแรงบิดสุดท้าย

กำหนดการ{0}}การทอร์คอีกครั้ง– หลังจากให้ความร้อนครั้งแรก-จนถึงอุณหภูมิใช้งาน (เช่น 120 องศาสำหรับเมทิลีนคลอไรด์ภายใต้ความดัน) ให้เย็นตัวแลกเปลี่ยนให้ใกล้กับอุณหภูมิโดยรอบ จากนั้น-ขันสลักเกลียวอีกครั้ง ทำซ้ำหลังจากใช้งานครบ 24 ชั่วโมง หลังจากการรีทอร์คเริ่มต้นเหล่านี้ หลายระบบจะมีเสถียรภาพเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี แต่การรีทอร์กประจำปี-นั้นจะต้องระมัดระวัง

การคำนวณโหลดโบลต์– ศึกษาความเครียดขั้นต่ำของปะเก็นที่เผยแพร่โดยผู้ผลิตปะเก็น (เช่น สำหรับ ePTFE ค่า "Y" โดยทั่วไปคือ 20–25 MPa) คำนวณแรงบิดโบลต์ที่ต้องการโดยใช้รูปทรงของหน้าแปลนและปัจจัยแรงเสียดทาน อย่าเดา.

ทำไมไม่ใช้วัสดุปะเก็นทั่วไปอื่นๆ?

วัสดุต่อไปนี้มักใช้ในการให้บริการที่ไม่รุนแรงแต่อาจเป็นอันตรายต่อตัวทำละลายคลอรีนร้อน:

CAF (ใยหินอัด)– ในขณะที่เส้นใยแร่ใยหินมีความเฉื่อย สารยึดเกาะยางในปะเก็น CAF จะถูกโจมตีโดยตัวทำละลายคลอรีน ส่งผลให้ปะเก็นแยกตัวและรั่วไหล CAF ยังถูกแบนในเขตอำนาจศาลหลายแห่ง

เส้นใยที่ไม่ใช่แร่ใยหิน (NAF)– ปะเก็น NAF ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเส้นใยอะรามิดและไนไตรล์หรือสารยึดเกาะ SBR ซึ่งจะขยายตัวหรือละลายในตัวทำละลายคลอรีน ยอมรับเฉพาะ NAF แบบพิเศษที่มีสารยึดเกาะ PTFE เท่านั้น แต่สิ่งเหล่านี้เป็นคอมโพสิต ePTFE ที่มีประสิทธิภาพ

ปะเก็นโลหะ (แผลเป็นเกลียว, kammprofile)– ปะเก็นแผลเกลียวที่ทำจากสแตนเลสหรือ Monel พร้อมตัวเติม PTFE มีความทนทานต่อสารเคมี แต่ต้องใช้แรงโบลต์ที่สูงมากและผิวหน้าแปลนเรียบ เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง-แต่โดยทั่วไปแล้วจะใช้มากเกินไปสำหรับตัวแลกเปลี่ยน PTFE ซึ่งทำงานที่แรงดันปานกลาง (บ่อยครั้ง<10 bar). However, they can be used if the flange design allows.

สรุป: องค์ประกอบที่เล็กที่สุด ความรับผิดชอบที่ใหญ่ที่สุด

การเลือกปะเก็นที่เหมาะสมสำหรับตัวทำละลายคลอรีนคือการเลือกใช้วัสดุที่เฉื่อยทางเคมีและอัดตัวได้ และปฏิบัติตามขั้นตอนการติดตั้งอย่างระมัดระวัง PTFE แบบขยาย (ePTFE) ให้ความเข้ากันได้สากล ความสอดคล้องที่ดีและไม่มีการชะล้าง ปะเก็นซองจดหมาย PTFE พร้อมแกนกราไฟท์ที่ยืดหยุ่น ให้ความต้านทานการคืบคลานและความน่าเชื่อถือในการปิดผนึกที่เหนือกว่า กราไฟท์ยืดหยุ่นพร้อมการเคลือบ PTFE เป็นทางเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้น ต้องหลีกเลี่ยงปะเก็นยางโดยสิ้นเชิง ปะเก็นเป็นแนวสุดท้ายในการป้องกันการรั่วไหล การเลือกที่เหมาะสม รวมกับแรงบิดของโบลต์ที่ถูกต้องและ-แรงบิดใหม่หลังจากรอบความร้อน ช่วยให้มั่นใจได้ว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่จัดการตัวทำละลายคลอรีนร้อนจะทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ส่วนประกอบที่เล็กที่สุดในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอาจมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพ-และไม่มีสิ่งใดที่จะเป็นจริงได้มากไปกว่าบริการตัวทำละลายคลอรีน