A grafit és a PTFE egyaránt bajnok a korrozív hőátadásban, de mindegyiknek megvan a maga erőssége. Ha ismeri azokat a konkrét szolgáltatásokat, ahol a grafit felülmúlja a PTFE-t, elkerülheti a költséges téves alkalmazásokat. Míg a PTFE kiváló vegyszerállóságot és mechanikai rugalmasságot kínál, a grafit kiváló hővezető képessége és magas hőmérséklettűrő képessége-az előnyben részesített választássá teszi a jól meghatározott korrozív feladatokhoz. Egyértelmű megértésegrafit vs PTFE hőcserélő teljesítménya legmegbízhatóbb és legköltséghatékonyabb{0}}megoldás felé irányítja a mérnököket.
Forró kénsav (70-98%) – a grafit erőssége
A tömény forró kénsav a legagresszívebb ipari vegyszerek közé tartozik. A grafit (át nem eresztő, fenol- vagy PTFE-gyantával impregnált) ebben a környezetben akár 200 fokos hőmérsékleten is virágzik. Az anyag ellenáll mind az oxidációnak, mind a kiszáradásnak, megőrzi szerkezeti integritását még nagy koncentrációban is.
Ezzel szemben a PTFE körülbelül 110 fokra korlátozódik folyamatos kénsav üzemben. Ezen hőmérséklet felett a PTFE meglágyul és elveszíti mechanikai szilárdságát. Ezenkívül a hővezetési különbség kritikussá válik: a koncentrált sav hűtése vagy melegítése hatékony hőátadást igényel, hogy elkerülhető legyen a helyi túlmelegedés vagy alulhűtés, ami felgyorsíthatja a korróziót vagy a termék lebomlását okozhatja.
Az olyan alkalmazásokhoz, mint a kénsavas hígítás, az érintkező üzemekben lévő szakaszok közötti hűtés vagy a savkoncentrációs egységek, a grafit hőcserélők gyakran az egyetlen praktikus nem{0}}fémes választás. Magas hővezető képességük kompakt kialakítást tesz lehetővé, és korrózióállóságuk megbízható marad az évek során.
Sósav szerves szennyeződésekkel
A sósav (bármilyen koncentrációban) erősen maró hatású a legtöbb fémre. A grafit és a PTFE is jól kezeli a tiszta HCl-t. Ha azonban a sav szerves szennyeződéseket, -például klórozott oldószereket, olajokat vagy reakció melléktermékeit- tartalmaz, a grafit gyakran jobban teljesít.
A grafit ellenáll a HCl-nek a forráspontjáig (110 fok azeotróp szilárdsághoz), és nyomokban sem befolyásolják szerves anyagok. A PTFE ezeknek a szerves anyagoknak is ellenáll, de a PTFE alacsonyabb hővezető képessége hátrányt jelent. Egy adott feladathoz a PTFE hőcserélő lényegesen nagyobb hőátadó területet igényel. Azokban a szolgáltatásokban, ahol a technológiai folyadék ragadós szerves vegyületeket tartalmaz, a PTFE egység hosszabb csőhossza és nagyobb héja növeli a szennyeződés kockázatát és a tisztítási nehézségeket. A grafit kompakt blokk vagy héj-és-cső kialakítása minimálisra csökkenti a tartózkodási időt és csökkenti a lerakásra rendelkezésre álló felületet.
A gyakorlatban a közepes és nagy hőterhelésű HCl szolgáltatásokhoz a grafit kisebb, jobban reagáló hőcserélőt biztosít, amelyet könnyebb tisztítani és karbantartani.
Magas hőátadási díjakat igénylő szolgáltatások
A grafit hővezető képessége (80–120 W/m·K) több százszor nagyobb, mint a PTFE-é (0,25 W/m·K). Ahol a nagy hőhatékonyság és a tömörség a prioritás, ott a grafit válik a választott anyaggá. Ez az előny a legszembetűnőbb:
Nagy{0}}áramú folyadékhűtés vagy fűtés– A grafit folyadék{0}}folyadékcserélő teljes hőátbocsátási tényezője általában 600–1200 W/m²·K, szemben a PTFE 200–400 W/m²·K-val. A különbség lehetővé teszi, hogy a grafit egység kétszer-ötször kisebb legyen ugyanarra a feladatra.
Maró hatású gőzök kondenzációja– A kondenzációs feladatok a cső{0}}oldali fólia magas együtthatóitól függenek. A PTFE alacsony vezetőképessége súlyos szűk keresztmetszetet jelent, mivel a kondenzáló folyadék további filmellenállást hoz létre. A grafit hatékonyan kondenzál, gyakran a PTFE egység területének egyharmadánál kevesebbet igényel.
Gyors szakaszos fűtés vagy hűtés– Azokban a szakaszos folyamatokban, ahol a ciklusidő kritikus, a grafit alacsony hőtömege és nagy vezetőképessége gyors hőmérsékleti rámpákat tesz lehetővé. A PTFE lassú reakciója meghosszabbítja a ciklusidőket.
Az olyan folyamatok esetében, ahol korlátozott a hely,-mint például a vegyi reaktorok csúszásai, a gyógyszerészeti tisztaterek vagy a meglévő épületek utólagos felszerelése,-a grafit tömörsége döntő tényező.
Ahol a PTFE felülmúlja a grafitot (elismerés)
A kiegyensúlyozott összehasonlításnak fel kell ismernie azokat a szolgáltatásokat, ahol a PTFE jobb. A PTFE a következőkben felülmúlja a grafitot:
| Szolgáltatás | Indokolás PTFE Preferált |
|---|---|
| Erősen oxidáló savak(pl. tömény salétromsav, krómsav) | Az oxidáló körülmények megtámadják az át nem eresztő grafitban lévő gyanta impregnálást, ami a korrózióállóság elvesztését okozza. A PTFE természeténél fogva oxidációálló-. |
| Forró erős maró oldatok(pl. 50% NaOH 100 fok felett) | A grafitot forró lúgok támadják meg. A PTFE a hőmérsékleti határértékekig ellenáll a maró hatásnak. |
| Oleum (füstölgő kénsav szabad SO₃-val) | A grafit reagál a szabad SO3-val. A PTFE stabil. |
| Erős-rezgésnek vagy víz-kalapácsnak- hajlamos rendszerek | A PTFE rugalmassága elnyeli a mechanikai ütéseket; a grafit ridegsége repedéshez vezet. |
| Nagyméretű vagy koptató szilárd anyagokat tartalmazó folyadékok | A PTFE csövek hajlíthatók és átengedik a részecskéket; a grafitjáratok eltömődnek vagy erodálódnak. |
A grafit nem képes kezelni az óleumot, a forró erős maró anyagokat vagy az oxidáló savakat, például a tömény salétromot. Ezeknél a szolgáltatásoknál figyelembe kell venni a PTFE-t vagy más anyagokat (pl. tantál, szilícium-karbid).
Döntési útmutató: Összefoglaló táblázat
Az alábbi táblázat gyors hivatkozást ad a grafit és a PTFE közötti választáshoz a kémiai szolgáltatás alapján:
| Vegyipari Szolgálat | Grafit teljesítmény | PTFE teljesítmény | Előnyben részesített anyag |
|---|---|---|---|
| Forró H₂SO₂ (70-98%, 80-200 fok) | Kiváló | A hőmérséklet korlátozza | Grafit |
| HCl nyomokban szerves anyagokkal, 110 fokig | Kiváló, kompakt | Elfogadható, nagyobb lábnyom | Grafit(ha a hely/kifizetés kedvez) |
| Nagy hőteljesítmény/tér -korlátozott | Kiváló | Szegény (terjedelmes) | Grafit |
| Concentrated nitric acid (>50%, >40 fok) | Gyenge (oxidált) | Jó | PTFE |
| Hot caustic (NaOH >10%, >80 fok) | Szegény | Jó (~100 fokig) | PTFE |
| Oleum (füstölgő H₂SO₄) | Szegény | Jó (súlyos szolgáltatás, ellenőrzési korlátok) | PTFE |
| Magas vibráció / vízkalapács | Nagy kockázat | Toleráns | PTFE |
| Tisztítsa meg a HCl-t vagy hígítsa fel a H2SO4-et mérsékelt T hőmérsékleten | Jó (kompakt) | Jó (nagy) | Bármelyik; grafit a térért, PTFE a robusztusságért |
Gyakorlati alkalmazási példák
1. példa – Kénsav hígító egység
A tömény (98%) savat 50%-ra hígítják a későbbi folyamatokhoz. A hígítási hő jelentős. Egy grafitblokk hőcserélő hűti le a híg savat 120 fokról 60 fokra. A PTFE-hez sokkal nagyobb egységre lenne szükség, és fennáll annak a veszélye, hogy a folyamat felborulásakor túllépi a hőmérsékleti határértékét. Grafit van kiválasztva.
2. példa – Sósav kinyerése szerves klórozásból
Az elgázosított-HCl vízbe abszorbeálódik, és meleg, 30%-os HCl-t termel, amely oldott klórozott szénhidrogéneket tartalmaz. Grafithéj-és-csöves hőcserélő előmelegíti az abszorpciós tápvizet. A kompakt grafit egység a meglévő edények közé illeszkedik. A PTFE csak az üzem kiterjedt újrakonfigurálása után illeszkedik.
3. példa – Salétromsav hűtő (55%, 60 fok)
A grafit nem alkalmas az oxidáció miatt. A PTFE csőköteget a nagyobb alapterület ellenére választottuk ki, mert az oxidációs körülmények teljesen kizárják a grafitot.
Következtetés
A grafit kiváló a forró, nem -oxidáló savszolgáltatásban-, különösen a forró tömény kénsavban és a szerves szennyeződéseket tartalmazó sósavban-, ahol magas hővezető képessége drámaian csökkenti a hőcserélő méretét és megnöveli a reakcióidőt. A grafit minden olyan szolgáltatásban felülmúlja a PTFE-t, amely nagy hőátadási sebességet vagy kompakt helyet igényel. Az oxidáló savak, a forró lúgok, az óleum és a mechanikailag igényes alkalmazások azonban a PTFE-t részesítik előnyben. A grafit és a PTFE közötti választás egy árnyalt döntés, amely az adott folyamat kémiáján, az üzemi hőmérsékleten, a mechanikai környezeten és a rendelkezésre álló téren alapul. Egyik anyag sem egyetemesen jobb; a megfelelő kiválasztása az anyag erősségéhez igazodik a szolgáltatás igényeihez.
