Linija za končno obdelavo kovin je izvajala zaporedje čiščenja, ki je menjavalo alkalno čistilo in kislinsko izpiranje. Za obe stopnji je bil uporabljen isti rezervoar, pri čemer se je kemija zamenjala dvakrat na izmeno. Obstoječi grelec iz nerjavečega jekla je odpovedal v nekaj mesecih. Obrat je potreboval grelec, ki je prenašal tako alkalno čistilo pri pH 12 kot kislinsko izpiranje pri pH 2, s temperaturnim ciklom med 60 in 40 stopinjami. Vprašanje je bilo, ali bi en sam potopni grelnik iz PTFE zmogel obe skrajnosti.
PTFE je odporen na kisline in alkalije v celotnem območju pH. Pri zmernih temperaturah se ne raztopi, ne razjeda ali kemično razgradi v nobenem okolju. Zaradi tega je eden redkih materialov, ki lahko delujejo v izmenično kislinsko-alkalnem delovanju. Toda kemična odpornost sama po sebi ne zagotavlja zadovoljive učinkovitosti. Upoštevati je treba tudi toplotno kroženje, stopnjo prepustnosti in mehansko obremenitev izmeničnega delovanja.
Zakaj je PTFE primeren za izmenične storitve
Večina kovin je primernih za kisline ali alkalije, ne za oboje. Nerjavno jeklo 316L je odporno na številne kisline, vendar korodira v vroči koncentrirani jedki raztopini. Titan je odporen na oksidativne kisline in blago jedko, vendar ne reducira kislin. Nikelj je odporen na jedko, vendar korodira v dušikovi kislini.
PTFE se ne zanaša na pasivni film za odpornost proti koroziji. Njegove ogljik-fluorove vezi so stabilne v kislem in alkalnem okolju. Polimer je inerten za vodikove ione in hidroksidne ione. Zaradi tega je privzeta izbira za izmenično storitev.
| Material | Odpornost na kisline | Alkalna odpornost | Izmenična služba | Opombe |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | Odlično | Odlično | Odlično | Najboljša izbira |
| Nerjaveče jeklo 316L | Dobro | Zmerno | Obrobni | Korodira v vroči jedki |
| Titan | Dobro (oksidira) | Dobro | Obrobni | Korodira v reducirnih kislinah |
| Kvarc | Odlično | Ubogi | Ni primerno | Raztopi se v alkalnem |
| PVDF | Dobro | Dobro | Dobro | Spodnja meja temp |
Primernost materiala za izmenično kislinsko-alkalno storitev
Izziv termalnega kolesarjenja
Izmenična storitev pogosto vključuje temperaturne spremembe. Alkalno čistilo lahko deluje pri 60–70 stopinjah, medtem ko kislinsko izpiranje deluje pri 30–40 stopinjah. Rezervoar ciklično spreminja med temi temperaturami dvakrat na izmeno, kar nalaga toplotno cikliranje grelnika.
PTFE ima visok koeficient toplotne razteznosti. Ob vsaki spremembi temperature se ovoj razširi in skrči. Prirobnični spoj, priključni prehod in morebitne mehanske podpore se morajo prilagoditi temu gibanju. Togo nameščen grelec bo na mestih, kjer je širitev omejena, izpostavljen obremenitvam.
Mehansko povezana prirobnica omogoča, da se PTFE širi in krči brez povzročanja strižne napetosti na polimeru. Fleksibilen prehod hladne-cone omogoča gibanje med ogrevanim delom in ohišjem terminala. Te oblikovne značilnosti podaljšujejo življenjsko dobo v kolesarskih storitvah.
| Amplituda termičnega cikla | Cikli na dan | Napetost na prirobnici | Priporočen dizajn |
|---|---|---|---|
| <10°C | 2–4 | Nizka | Standardna prirobnica |
| 10-20 stopinj | 2–6 | Zmerno | Zaklenjena prirobnica |
| 20-30 stopinj | 4–8 | visoko | Zaklenjena + fleksibilna hladna cona |
| >30 stopinj | 6–12 | Zelo visoko | Zasnova razširitve po meri |
Toplotna ciklična obremenitev in priporočena oblika prirobnice
Premislek o prepustnosti
Do prepustnosti pride tako v kislem kot v alkalnem okolju. Hitrost je odvisna od temperature, koncentracije in debeline ovoja. Pri izmeničnem delovanju se okolje prepustnosti spremeni dvakrat na izmeno, vendar je skupni čas izpostavljenosti enak.
Stopnja prepustnosti pri alkalni uporabi je na splošno nižja kot pri kisli uporabi pri enaki temperaturi. Hidroksidni ion je večji in manj mobilen od vodikovega iona. Vendar pa lahko kroženje temperature pospeši prepustnost z ustvarjanjem toplotnega stresa, ki odpira mikro-poti v polimeru.
Oblikovne značilnosti za izmenično storitev
PTFE potopni grelnik za izmenično delovanje mora vključevati več konstrukcijskih značilnosti.
Mehansko povezana prirobnica omogoča toplotno raztezanje brez obremenitve polimera. Debel ovoj-2,0–2,5 mm-zagotavlja daljšo prepustno pot. Nizka gostota vatov - 0,8–1,2 W/cm² - ohranja temperaturo ovoja v območju, ki zmanjšuje prepustnost in toplotno obremenitev. Zatesnjeno ohišje terminala s tesnilom iz vitona ali PTFE je odporno na kisle in alkalne hlape.
| Značilnost oblikovanja | Ugodnost v izmenični službi | Priporočena specifikacija |
|---|---|---|
| Mehansko povezana prirobnica | Odporen na toplotno raztezanje | Standard za kolesarjenje |
| Debel plašč | Daljša prepustna pot | 2,0–2,5 mm |
| Nizka vatna gostota | Nižja temperatura plašča | 0,8–1,2 W/cm² |
| Zapečaten terminal | Odporen na oba hlapa | NEMA 4X, Viton tesnilo |
| Fleksibilna hladna cona | Omogoča gibanje | Za visoko število ciklov |
Konstrukcijske značilnosti za PTFE potopne grelnike v izmeničnem delovanju
Ko en sam grelec ni primeren
Posamezen PTFE grelnik je primeren za večino izmenično kislih-alkalnih storitev pri zmernih temperaturah. Ni primeren, če alkalna stopnja presega 80 stopinj in 20 % koncentracijo ali če kisla stopnja vsebuje fluorovodikovo kislino pri povišani temperaturi. V teh primerih se lahko PTFE razgradi v alkalni fazi ali hitro prodre v kisli fazi.
Če pogoji delovanja presegajo omejitve PTFE, so možnosti omejene. Noben posamezen običajen material ne prenaša tako vroče koncentrirane jedke kot vroče koncentrirane kisline. Obrat bo morda moral uporabiti ločene grelnike za vsako stopnjo ali zmanjšati temperaturo in koncentracijo stopenj.
Ko je potrebna konfiguracija po meri
Konfiguracija potopnega grelnika iz PTFE po meri z mehansko povezano prirobnico, debelim plaščem, nizko vatno gostoto in zaprtim ohišjem terminala je zasnovana za izmenično delovanje. Postopek specifikacije zahteva kemijo obeh stopenj, temperaturno območje, frekvenco cikla, dimenzije rezervoarja in zahtevano moč.
