Dva materiala, ki sta si pri nizki temperaturi videti podobna
FEP in PTFE sta oba perfluorirana polimera in sta odporna na običajne hladilne tekočine, ki se uporabljajo pri kemični obdelavi: ohlajena voda, raztopine glikola, slanica in hladilno sredstvo. Pri temperaturah med 0 in 50 stopinjami so kemična odpornost in mehanske lastnosti obeh materialov podobne, izbira pa je pogosto narejena na podlagi stroškov.
FEP je kopolimer tetrafluoroetilena in heksafluoropropilena. Heksafluoropropilenski komonomer poruši kristaliničnost polimera in zmanjša viskoznost taline, kar omogoča obdelavo FEP z ekstruzijo taline. FEP ima največjo stalno delovno temperaturo 200 stopinj v primerjavi s 260 stopinjami za PTFE.
PTFE je homopolimer tetrafluoroetilena. Linearna struktura proizvaja višjo kristaliničnost, kar daje PTFE višjo natezno trdnost, boljšo odpornost proti lezenju in višjo stalno delovno temperaturo. PTFE ni mogoče obdelati s-talitvijo, zato je izdelan s stiskanjem in sintranjem.
Primerjava toplotne prevodnosti
FEP in PTFE imata podobno toplotno prevodnost. PTFE ima prevodnost 0,25 W/m·K, FEP pa prevodnost 0,24 W/m·K. Razlika je zanemarljiva in ne vpliva na potrebno površino za določeno toplotno obremenitev.
V skupnem koeficientu prenosa toplote za oba materiala prevladujejo upornost filma tekočine, ne pa upornost stene. Pri storitvah hlajenja s tekočino--je skupni koeficient za toplotni izmenjevalnik iz PTFE običajno 200–300 W/m²·K, koeficient za toplotni izmenjevalnik FEP pa je v bistvu enak. Izbire med obema materialoma ni mogoče narediti na podlagi toplotnih lastnosti.
Razlika v odpornosti proti utrujenosti Flex
Odpornost proti upogibanju je sposobnost materiala, da prenese ponavljajoče se upogibanje in upogibanje brez razpok. FEP ima nižjo odpornost proti upogibanju kot PTFE zaradi nižje kristaliničnosti in bolj prožne molekularne strukture.
Pri nizko-temperaturnem kemičnem hlajenju lahko pride do upogibanja v toplotnih izmenjevalnikih, ki so podvrženi tresljajem, toplotnemu kroženju ali mehanskemu gibanju. Cevi se upogibajo, ko se izmenjevalnik toplote širi in krči, ponavljajoče se upogibanje pa lahko povzroči razpoke v steni cevi.
PTFE ima večjo odpornost proti upogibanju kot FEP, zaradi česar je primeren za uporabo, kjer so cevi izpostavljene ponavljajočemu se upogibanju. FEP je primeren za storitve, kjer so cevi togo podprte in niso izpostavljene znatnemu premikanju.
Razlika v odpornosti proti prepustnosti
Permeacija je difuzija plina ali tekočine skozi polimer. FEP ima višje stopnje prepustnosti kot PTFE zaradi svoje nižje kristaliničnosti in bolj odprte molekularne strukture.
Pri nizko-temperaturnem kemičnem hlajenju je lahko permeacija zaskrbljujoča, če hladilna tekočina vsebuje raztopljene pline ali če je procesna tekočina občutljiva na kontaminacijo. Prehajanje kisika ali ogljikovega dioksida skozi steno cevi lahko vpliva na kemijo procesa, prehajanje procesne tekočine skozi steno cevi pa lahko onesnaži hladilno tekočino.
PTFE ima nižje stopnje prepustnosti kot FEP, zaradi česar je primeren za storitve, kjer je prepustnost zaskrbljujoča. FEP je primeren za storitve, kjer prepustnost ni kritičen dejavnik.
Razlika v temperaturni zmogljivosti
FEP ima največjo stalno delovno temperaturo 200 stopinj, medtem ko ima PTFE najvišjo stalno delovno temperaturo 260 stopinj. Pri nizkih temperaturah sta oba materiala v svojem območju uporabe in razlika v temperaturni zmogljivosti ne vpliva na izbiro.
Razlika v temperaturni zmogljivosti postane pomembna, če se spremenijo pogoji postopka. Če se storitev hlajenja pozneje spremeni v storitev ogrevanja ali če se delovna temperatura poveča, enota FEP morda ne bo primerna in bo potrebna enota PTFE.
Primerjava dveh materialov pri nizko-temperaturnem kemičnem hlajenju
Naslednja tabela povzema značilnosti delovanja in stroškov toplotnih izmenjevalnikov PTFE in FEP pri nizko-temperaturnem kemičnem hlajenju pri 10 stopinjah s 30-odstotno raztopino glikola.
| Značilno | PTFE izmenjevalnik toplote | Toplotni izmenjevalnik FEP | Prednost |
|---|---|---|---|
| Toplotna prevodnost | 0.25 W/m·K | 0.24 W/m·K | Enakopravni |
| Skupni koeficient prenosa toplote | 250 W/m²·K | 245 W/m²·K | Enakopravni |
| Najvišja neprekinjena delovna temperatura | 260 stopinj | 200 stopinj | PTFE |
| Flex odpornost proti utrujenosti | visoko | Zmerno | PTFE |
| Odpornost na prepustnost | visoko | Zmerno | PTFE |
| Kemična odpornost na raztopino glikola | Odlično | Odlično | Enakopravni |
| Mehanska trdnost | visoko | Zmerno | PTFE |
| Odpornost na toplotni udar | visoko | Zmerno | PTFE |
| Popravljivost | Dobro | Dobro | Enakopravni |
| Življenjska doba pri hlajenju | 15–20 let | 10–15 let | PTFE |
| Stroški kapitala za dajatev 20 kW | $18,000 | $14,000 | FEP |
| Stroški namestitve | $2,500 | $2,500 | Enakopravni |
| Letni stroški vzdrževanja | $1,200 | $1,800 | PTFE |
| Pet{0}}letni skupni strošek | $33,500 | $33,500 | Enakopravni |
Pet{0}}letne skupne vrednosti stroškov predvidevajo proizvodno vrednost 400 USD na uro in vključujejo kapitalske stroške, stroške namestitve in stroške vzdrževanja v petih letih. Pet{3}}letni skupni stroški so v bistvu enaki, ker se nižji kapitalski stroški FEP izravnajo z višjimi stroški vzdrževanja.
Ko je FEP boljša izbira
FEP je boljša izbira v več specifičnih aplikacijah.
Delovanje pri nizkih-temperaturah brez upogibanja.Pri temperaturah pod 50 stopinj in s togo podprtimi cevmi FEP deluje tako dobro kot PTFE z nižjimi kapitalskimi stroški.
Ne{0}}kritična storitev prepustnosti.Kadar prepustnost plinov ali tekočin skozi steno cevi ni zaskrbljujoča, je FEP primeren.
Zahteva po kratki življenjski dobi.Če se pričakuje, da bo imel toplotni izmenjevalnik življenjsko dobo 10 let ali manj, je FEP primeren in cenejši.
Stroškovno{0}}občutljive aplikacije.Kadar je kapitalski proračun omejen, FEP zagotavlja ustrezno učinkovitost z nižjimi stroški.
Standardna storitev hlajenja.FEP je primeren za standardno storitev hlajenja brez neobičajnih kemičnih ali mehanskih zahtev.
Ko je PTFE boljša izbira
PTFE je boljša izbira v več specifičnih aplikacijah.
Flexing storitev.Ko so cevi izpostavljene vibracijam, termičnim ciklom ali mehanskim premikanjem, ima PTFE višjo odpornost proti upogibanju kot FEP.
Storitev,-občutljiva na prepustnost.Kadar je prepustnost plinov ali tekočin skozi steno cevi zaskrbljujoča, ima PTFE nižje stopnje prepustnosti kot FEP.
Storitev pri visoki{0}}temperaturi.Ko lahko delovna temperatura preseže 200 stopinj, je potreben PTFE, ker se FEP zmehča in izgubi trdnost.
Zahteva po dolgi življenjski dobi.Če se pričakuje, da bo imel toplotni izmenjevalnik življenjsko dobo 15 let ali več, je PTFE boljša izbira, ker ima večjo mehansko trdnost in boljšo odpornost proti lezenju.
Storitev visoke-čistosti.Kadar je procesna tekočina občutljiva na kontaminacijo, ima PTFE nižje stopnje prepustnosti in nižje ekstrakcijske lastnosti kot FEP.
Značilnosti oblikovanja, ki vplivajo na izbiro
Več konstrukcijskih značilnosti vpliva na izbiro med PTFE in FEP.
Razmik podpornih cevi.Manjši razmik podpornih cevi zmanjša upogibanje cevi, kar zmanjša zahtevo po upogibni utrujenosti in omogoča uporabo FEP.
Hitrost pretoka.Večja hitrost pretoka poveča vibracije in upogibanje cevi, kar daje prednost PTFE.
Frekvenca toplotnega cikla.Pogostejše toplotno cikliranje poveča upogibanje cevi, kar daje prednost PTFE.
Občutljivost procesne tekočine.Občutljivejše procesne tekočine zahtevajo nižje stopnje prepustnosti, kar daje prednost PTFE.
Meja delovne temperature.Večja razlika med delovno temperaturo in omejitvijo materiala zagotavlja večjo prilagodljivost za prihodnje spremembe postopka, kar daje prednost PTFE.
Parametri specifikacije za nizko-temperaturno kemično hlajenje
Inženirji opreme, ki ocenjujejo toplotne izmenjevalnike PTFE in FEP za nizko{0}}temperaturno kemično hlajenje, morajo pri dobavitelju potrditi naslednje parametre.
Kemija hladilne tekočine.Določite sestavo hladilne tekočine, vključno s koncentracijo glikola, slanice ali drugih dodatkov.
Delovna temperatura.Določite najvišjo delovno temperaturo in pričakovan temperaturni profil.
Občutljivost procesne tekočine.Določite občutljivost procesne tekočine na kontaminacijo zaradi permeacije.
Fleksibilni pogoji.Določite vibracije, toplotne cikle in mehanske gibe, ki jih bodo doživele cevi.
Zahtevana življenjska doba.Določite pričakovano življenjsko dobo in urnik zamenjave.
Toplotna obremenitev in površina.Določite toplotno obremenitev in zahtevano površino za vsako možnost materiala.
Prostorske omejitve.Določite razpoložljivi prostor in največji dovoljeni odtis.
Zmogljivost vzdrževanja.Navedite vzdrževalno sposobnost objekta.
Ujemanje izbire materiala s pogoji hlajenja
Izbira med toplotnimi izmenjevalniki PTFE in FEP pri nizko-temperaturnem kemičnem hlajenju je odvisna od pogojev upogibanja, občutljivosti prepustnosti, zahteve glede življenjske dobe in občutljivosti stroškov. FEP je primeren za uporabo pri nizkih-temperaturah brez upogibanja in težav s prepustnostjo ter je cenejši. PTFE je potreben za uporabo z upogibanjem, težavami s prepustnostjo ali zahtevo po dolgi življenjski dobi.
Odločitev o izbiri mora temeljiti na-specifični analizi objekta, ki vključuje kapitalske stroške, stroške namestitve, stroške vzdrževanja in izpostavljenost izgubam pri proizvodnji. Preprost model preglednice s temi komponentami stroškov zagotavlja informacije, potrebne za odločitev.
Za nizko{0}}temperaturne kemične hladilne naprave, ki ocenjujejo možnosti izmenjevalnika toplote, mora izbira materiala temeljiti na skupnih stroških lastništva v pričakovani življenjski dobi, ne le na kapitalskih stroških. Enota FEP z nižjimi kapitalskimi stroški ima lahko višje stroške v življenjski dobi, če zahteva pogostejšo zamenjavo.
Inženirji opreme in strokovnjaki za nabavo, ki ocenjujejo specifikacije PTFE toplotnega izmenjevalnika za nizko-temperaturno kemično hlajenje ali druge korozivne storitve, lahko zahtevajo pregled načrta, ki zajema kemijo hladilne tekočine, delovno temperaturo, občutljivost procesne tekočine, pogoje upogibanja in zahteve glede življenjske dobe, da potrdijo, da je izbor materiala usklajen z dejanskimi pogoji uporabe in strukturo stroškov objekta.
