ตัวไหนทนทานต่อกรดออกซิไดซ์ได้ดีกว่า: ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE หรือตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PVDF

ความแตกต่างระดับโมเลกุลที่ทำให้เกิดช่องว่างความต้านทาน

ความแตกต่างระหว่าง PTFE และ PVDF อยู่ที่พันธะคาร์บอน-พันธะไฮโดรเจน PVDF เป็นโคโพลีเมอร์ของไวนิลิดีนฟลูออไรด์ และโครงสร้างโมเลกุลประกอบด้วยพันธะคาร์บอน-พันธะไฮโดรเจนที่ไม่มีอยู่ใน PTFE พันธะคาร์บอน-พันธะไฮโดรเจนอ่อนกว่าพันธะคาร์บอน-พันธะฟลูออรีน และเป็นจุดที่การโจมตีด้วยออกซิเดชันเริ่มต้นขึ้น

PTFE มีแกนหลักคาร์บอนที่มีฟลูออริเนตสมบูรณ์โดยไม่มีพันธะคาร์บอน- พันธะคาร์บอน-เป็นพันธะที่แข็งแกร่งที่สุดในเคมีอินทรีย์ โดยมีพลังงานพันธะประมาณ 485 กิโลจูล/โมล กรดออกซิไดซ์ไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะสลายพันธะนี้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 260 องศา

PVDF มีพันธะคาร์บอน-ด้วยพันธะไฮโดรเจนที่มีพลังงานพันธะประมาณ 413 กิโลจูล/โมล ความแตกต่างคือประมาณ 15% แต่ผลในทางปฏิบัติต่อความต้านทานการเกิดออกซิเดชันนั้นใหญ่กว่ามาก การโจมตีด้วยออกซิเดชันของ PVDF เริ่มต้นที่พันธะคาร์บอน-และการย่อยสลายจะแพร่กระจายไปตามสายโซ่โพลีเมอร์ อัตราออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิและความเข้มข้นของกรดออกซิไดซ์

การเปรียบเทียบความต้านทานต่อกรดออกซิไดซ์

ความต้านทานของ PTFE และ PVDF ต่อกรดออกซิไดซ์ขึ้นอยู่กับกรดเฉพาะ ความเข้มข้น และอุณหภูมิ

กรดไนตริกPTFE ต้านทานกรดไนตริกที่ความเข้มข้นสูงถึง 70% และอุณหภูมิสูงถึง 200 องศา PVDF ต้านทานกรดไนตริกที่ความเข้มข้นสูงถึง 50% และอุณหภูมิสูงถึง 100 องศา เหนือขีดจำกัดเหล่านี้ PVDF จะถูกโจมตี และวัสดุก็สลายตัว

กรดโครมิกPTFE ต้านทานกรดโครมิกที่ความเข้มข้นสูงถึง 50% และอุณหภูมิสูงถึง 150 องศา PVDF ต้านทานกรดโครมิกที่ความเข้มข้นสูงถึง 30% และอุณหภูมิสูงถึง 80 องศา เหนือขีดจำกัดเหล่านี้ PVDF ถูกโจมตี และวัสดุมีการเปลี่ยนสีและเกิดการเปราะ

กรดเปอร์คลอริกPTFE ต้านทานกรดเปอร์คลอริกที่ความเข้มข้นสูงถึง 70% และอุณหภูมิสูงถึง 150 องศา PVDF ต้านทานกรดเปอร์คลอริกที่ความเข้มข้นสูงถึง 30% และอุณหภูมิสูงถึง 60 องศา กรดเปอร์คลอริกมีฤทธิ์รุนแรงต่อ PVDF เป็นพิเศษเนื่องจากมีศักยภาพในการออกซิไดซ์ที่แรง

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์PTFE ต้านทานไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ความเข้มข้นสูงถึง 50% และอุณหภูมิสูงถึง 100 องศา PVDF ต้านทานไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ความเข้มข้นสูงถึง 30% และอุณหภูมิสูงถึง 60 องศา การสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำให้เกิดอนุมูลออกซิเจนที่โจมตี PVDF

การเปรียบเทียบการนำความร้อน

PTFE และ PVDF มีค่าการนำความร้อนใกล้เคียงกัน PTFE มีค่าการนำไฟฟ้า 0.25 W/m·K และ PVDF มีค่าการนำไฟฟ้า 0.19 W/m·K ความแตกต่างมีน้อย และไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับภาระความร้อนที่กำหนด

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของวัสดุทั้งสองถูกครอบงำโดยความต้านทานของฟิล์มของเหลว ไม่ใช่ความต้านทานของผนัง ในการให้บริการของเหลว-ถึง- ของเหลว ค่าสัมประสิทธิ์โดยรวมสำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE โดยทั่วไปคือ 200–300 W/m²·K และค่าสัมประสิทธิ์สำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PVDF โดยทั่วไปคือ 180–280 W/m²·K ความแตกต่างน้อยกว่า 10% ซึ่งอยู่ภายในความไม่แน่นอนของการคำนวณการถ่ายเทความร้อน

การเปรียบเทียบค่าการนำความร้อนจึงไม่สนับสนุนวัสดุอย่างใดอย่างหนึ่งอย่างมีความหมาย การเลือกจะต้องขึ้นอยู่กับความเข้ากันได้ทางเคมีและคุณสมบัติทางกล

การเปรียบเทียบวัสดุทั้งสองในการให้บริการกรดออกซิไดซ์

ตารางต่อไปนี้สรุปประสิทธิภาพและลักษณะต้นทุนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และ PVDF ในการให้บริการกรดออกซิไดซ์ที่ 60 องศาด้วยกรดไนตริก 30%

มูลค่าต้นทุนรวมห้า-ปีจะถือว่ามีมูลค่าการผลิต 500 ดอลลาร์ต่อชั่วโมง และรวมต้นทุนทุน ค่าติดตั้ง และค่าบำรุงรักษาตลอดระยะเวลาห้าปี

เมื่อ PVDF เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

PVDF เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการใช้งานเฉพาะหลายอย่าง

บริการอุณหภูมิต่ำ-ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 40 องศา PVDF ต้านทานกรดออกซิไดซ์ส่วนใหญ่ได้โดยไม่ยาก และต้นทุนทุนที่ต่ำกว่าก็สนับสนุน PVDF

บริการที่มีความเข้มข้นต่ำ-ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า 20% PVDF จะต้านทานกรดออกซิไดซ์ส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิสูงถึง 60 องศา และต้นทุนเงินทุนที่ต่ำกว่าก็สนับสนุน PVDF

บริการแรงดันสูง-PVDF มีความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่า PTFE และสามารถทนต่อแรงกดดันได้สูงกว่า สำหรับการให้บริการกรดออกซิไดซ์ที่ความดันสูงกว่า 5 บาร์ PVDF อาจเป็นทางเลือกเดียวที่ใช้ได้

บริการที่ไม่-สำคัญเมื่อตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไม่สำคัญต่อกระบวนการและต้นทุนการเปลี่ยนเป็นที่ยอมรับได้ PVDF จะให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า

ข้อกำหนดอายุการใช้งานสั้นเมื่อคาดว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีอายุการใช้งาน 5 ปีหรือน้อยกว่า PVDF ก็เพียงพอและมีราคาถูกลง

เมื่อ PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการใช้งานเฉพาะหลายอย่าง

บริการอุณหภูมิสูง-ที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 องศา PTFE ต้านทานกรดออกซิไดซ์ได้ดีกว่า PVDF และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า

บริการที่มีความเข้มข้นสูง-ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 30% PTFE ต้านทานกรดออกซิไดซ์ได้ดีกว่า PVDF

บริการกรดเปอร์คลอริกPTFE เป็นฟลูออโรโพลีเมอร์เพียงชนิดเดียวที่ใช้งานได้สำหรับการให้บริการกรดเปอร์คลอริก เนื่องจาก PVDF ถูกโจมตีที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิต่ำ

ความต้องการอายุการใช้งานที่ยาวนานเมื่อคาดว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีอายุการใช้งาน 10 ปีขึ้นไป PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเนื่องจากทนทานต่อการโจมตีทางเคมีในระยะเวลาที่นานขึ้น

บริการที่สำคัญเมื่อตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมีความสำคัญต่อกระบวนการและต้นทุนการหยุดทำงานสูง PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเนื่องจากมีโอกาสเกิดความล้มเหลวน้อยกว่า

คุณสมบัติการออกแบบที่ยืดอายุการใช้งาน

คุณสมบัติการออกแบบหลายประการช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทั้ง PTFE และ PVDF ในการให้บริการกรดออกซิไดซ์

อุณหภูมิในการทำงานต่ำลงการลดอุณหภูมิในการทำงานจะช่วยลดอัตราการเกิดออกซิเดชันและยืดอายุการใช้งานของวัสดุทั้งสองชนิด

ความเข้มข้นต่ำลงการลดความเข้มข้นของกรดจะช่วยลดอัตราการออกซิเดชั่นและยืดอายุการใช้งาน

การควบคุมความเร็วการไหลการรักษาความเร็วการไหลในระดับปานกลางจะช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขตและความเข้มข้นของชนิดออกซิไดซ์ที่พื้นผิวท่อ

มีข้อกำหนดในการทำความสะอาด-การเชื่อมต่อสำหรับการจ่ายและส่งคืนน้ำยาทำความสะอาดทำให้สามารถทำความสะอาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนได้โดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วน ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานและการสูญเสียในการผลิต

การตรวจสอบอุณหภูมิเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ทางเข้าและทางออกของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนช่วยให้สามารถตรวจสอบประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้ ซึ่งช่วยให้ตรวจพบการเปรอะเปื้อนหรือการเสื่อมสภาพได้ตั้งแต่เนิ่นๆ

พารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะสำหรับบริการกรดออกซิไดซ์

วิศวกรอุปกรณ์ที่ประเมินเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และ PVDF สำหรับการให้บริการกรดออกซิไดซ์ควรยืนยันพารามิเตอร์ต่อไปนี้กับซัพพลายเออร์

เคมีกรดระบุองค์ประกอบของกรด รวมทั้งความเข้มข้นและสิ่งปนเปื้อน

อุณหภูมิในการทำงานระบุอุณหภูมิการทำงานสูงสุดและโปรไฟล์อุณหภูมิที่คาดหวัง

แรงดันใช้งานระบุแรงดันใช้งานสูงสุด

ภาระความร้อนและพื้นที่ผิวระบุภาระความร้อนและพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับตัวเลือกวัสดุแต่ละรายการ

ความเข้ากันได้ทางเคมียืนยันว่าวัสดุเข้ากันได้กับกรดเฉพาะที่อุณหภูมิและความเข้มข้นในการทำงาน

ความต้องการอายุการใช้งานระบุอายุการใช้งานที่คาดไว้และกำหนดการเปลี่ยน

ความสามารถในการบำรุงรักษาระบุความสามารถในการบำรุงรักษาของสถานที่ รวมถึงความสามารถในการซ่อมแซมตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ไซต์งาน

มูลค่าการผลิตและต้นทุนการหยุดทำงานระบุมูลค่าการผลิตและต้นทุนการหยุดทำงานเพื่อให้สามารถปรับต้นทุนรวมของการวิเคราะห์ความเป็นเจ้าของให้เหมาะกับโรงงานได้

การจับคู่การเลือกวัสดุกับสภาวะการให้บริการของกรดออกซิไดซ์

การเลือกระหว่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และ PVDF ในการให้บริการกรดออกซิไดซ์ขึ้นอยู่กับเคมีของกรด อุณหภูมิ ความเข้มข้น และข้อกำหนดอายุการใช้งาน PVDF มีต้นทุนเงินทุนต่ำกว่าและมีความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่า แต่ไวต่อการโจมตีด้วยออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงขึ้นและมีความเข้มข้นสูง PTFE มีต้นทุนเงินทุนสูงกว่า แต่มีอายุการใช้งานนานกว่าในการให้บริการกรดออกซิไดซ์เชิงรุก

การตัดสินใจเลือกควรขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์เฉพาะของโรงงาน-ที่รวมต้นทุนทุน ค่าบำรุงรักษา และการสูญเสียจากการผลิต แบบจำลองสเปรดชีตอย่างง่ายที่มีส่วนประกอบต้นทุนเหล่านี้จะให้ข้อมูลที่จำเป็นในการตัดสินใจ

สำหรับสถานบริการกรดออกซิไดซ์ที่ประเมินตัวเลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การเลือกวัสดุควรพิจารณาจากต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของตลอดอายุการใช้งานที่คาดหวัง ไม่ใช่แค่ต้นทุนด้านทุนเท่านั้น หน่วย PVDF ที่มีต้นทุนเงินทุนต่ำกว่าอาจมีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สูงกว่า หากจำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อยกว่านี้

วิศวกรอุปกรณ์และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อที่ประเมินข้อกำหนดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำหรับกรดออกซิไดซ์หรือบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นๆ สามารถขอการตรวจสอบการออกแบบที่ครอบคลุมเคมีของกรด อุณหภูมิในการทำงาน ความดันในการทำงาน ความเข้ากันได้ของสารเคมี และข้อกำหนดอายุการใช้งาน เพื่อยืนยันว่าการเลือกวัสดุสอดคล้องกับเงื่อนไขการบริการจริงและโครงสร้างต้นทุนของโรงงาน