Jak wymienniki grafitowe radzą sobie z zawiesinami i ciałami stałymi-płynami obciążonymi w porównaniu z wymiennikami rurowymi PTFE?

Strumienie technologiczne mogą zawierać ciała stałe, miałki katalizatora, wytrącenia minerałów lub kulki polimeru. Istotnym aspektem konstrukcyjnym jest zarządzanie tymi materiałami, aby uniknąć blokowania i erozji wymiennika ciepła, gdzie grafit i PTFE zachowują się zupełnie inaczej. Wybór niewłaściwego materiału może oznaczać regularne czyszczenie, przedwczesną awarię lub nawet nieplanowane przestoje. Zrozumienie różnicy we właściwościach manipulacyjnych grafitu i PTFE może pomóc w dokonaniu właściwego wyboru dla każdego zastosowania.

Wymienniki bloków grafitowych: odporne na ścieranie, ale podatne na zatykanie
Grafitowe wymienniki ciepła to często bloki lub kostki z wywierconymi w nich prostymi rurkami (zwykle o średnicy 10 do 20 mm) umożliwiającymi przepływ płynu procesowego. Sam materiał ma dobrą odporność na ścieranie ze względu na swoją twardość i lepiej niż PTFE toleruje działanie szorujące twardych cząstek stałych. Gatunki grafitu węglowego stosowane w wymiennikach ciepła charakteryzują się dużą odpornością na zużycie przez cząstki krystaliczne lub metaliczne.

Problemem grafitu nie jest erozja, lecz przeszkoda hydrauliczna. Małe, proste korytarze nie pozostawiają miejsca na jakiekolwiek ruchy lub objazdy. Zatykanie następuje szybko, jeśli substancje aglomerują, osiadają lub zawierają cząstki większe niż średnica przejścia. Włókna, lepkie wydzielenia lub cząstki o nieregularnym kształcie wypełniają otwór otworu. Gdy trasa jest zablokowana, wymagane jest czyszczenie, które może pociągać za sobą mechaniczne pręciki lub rozpuszczenie chemiczne, zwykle wymagające wycofania wymiennika z eksploatacji. Nie ma alternatywnej ścieżki przepływu. Pojedynczy zatkany otwór może zmniejszyć zdolność przenoszenia ciepła, a kilka blokad może sprawić, że urządzenie stanie się bezwartościowe.

Wymienniki blokowe grafitowe nie są zalecane do mediów zawierających włókna, duże aglomeraty lub inne ciała stałe, które mają tendencję do osiadania w warunkach niskiego przepływu. Najlepiej sprawdzają się w przezroczystych,-nieściernych cieczach, gdzie najważniejszym kryterium jest wysoka przewodność cieplna (100-150 W/mK).

Wymienniki rurek PTFE: elastyczne, ale zatykające się-podatne na erozję-podatne na zatykanie
Kolejnym zestawem-kompromisów są wiązki rurek z PTFE (politetrafluoroetylenu). PTFE z natury jest miękki. Pod wpływem twardych, ostrych cząstek poruszających się z dużą prędkością zużywa się szybciej niż grafit. Z biegiem czasu substancje ścierne, takie jak piasek, drobne cząstki katalizatora lub tlenki metali, mogą przedostawać się przez ścianki rur, powodując nieszczelności. Kryteria prędkości są ważne. W przypadku szlamów konieczna jest minimalna prędkość 1,5-2 m/s, aby zapobiec osiadaniu, ale prędkości większe niż 3 m/s zwiększają erozję.

Z drugiej strony rurki PTFE są mniej podatne na zatykanie z dwóch powodów. Substancje stałe przylegają mniej łatwo ze względu na gładki-otwór zapobiegający przywieraniu. Elastyczność PTFE pozwala rurce lekko się rozciągnąć i przepuszczać dość duże cząstki bez trwałego uszkodzenia. Wiązka rur oferuje również kilka równoległych ścieżek (często setki rurek o małej średnicy), tak że jedna zaślepiona rura nie ma wpływu na ogólną transmisję ciepła. Często czyszczenie odbywa się na miejscu poprzez odwrócenie przepływu lub płukanie.

W brudnych instalacjach, gdzie materiały są miękkie, nieregularne lub mają niskie stężenie, elastyczność PTFE jest zaletą. Wymienniki rurowe PTFE zapewniają stabilną pracę bez konieczności konserwacji w przypadku sporadycznych cząstek zamiast ciągłych zawiesin.

Ramy decyzyjne: Charakterystyka ciał stałych Wybierz opcję
Pomyślny wybór zawiesiny PTFE w stosunku do grafitu jest funkcją dokładnej oceny stosowanych substancji. Zalecane podejście opiera się na następujących czynnikach decyzyjnych:

Charakterystyka ciał stałych rurki PTFE z bloku grafitowego
Wielkość cząstek < 1/3 średnicy przejścia (zwykle<3-6 mm)Can pass particles up to tube ID (typically 5-10 mm); flexibility helps
Twardość cząstek Dobra odporność (1-2 w skali Mohsa) Odporność na słabą, Unikać ostrych lub szorstkich cząstek ściernych
Kształt cząstek Zaokrąglony lub kanciasty. Unikaj materiałów włóknistych. Włókna i miękkie aglomeraty łatwo przez nie przepływają
Pożądane stężenie < 5% objętościowych; zwiększone niebezpieczeństwo osiadania 15-20% możliwe przy wystarczającej prędkości
Przyczepność/lepkość Może zanieczyszczać i mostkować dziury-Powierzchnia nieprzywierająca zapobiega przywieraniu
Żaden materiał nie nadaje się do drobnych, twardych,-szybko poruszających się zawiesin, takich jak cząstki katalizatora w strumieniu węglowodorów lub zawiesina mineralna w hydrometalurgii. Tak poważne działanie ścierne może wymagać wymienników ciepła z ceramiki lub węglika krzemu.

PTFE jest często bardziej akceptowalny w przypadku miękkich lub wolno poruszających się cząstek, takich jak kulki polimerowe, zawiesiny biologiczne lub wytrącone sole ze względu na jego odporność na zatykanie i łatwość czyszczenia. GRAFIT, jeśli nie-ciecze są przejrzyste i dobre właściwości termiczne są niezbędne, a także jeśli nie ma cząstek stałych lub są one bardzo drobne, mimo wszystko pozostaje materiałem z wyboru.

Praktyczne wskazówki dotyczące obsługi gnojowicy
Prędkość przepływu w wymiennikach PTFE przenoszących ciecze zawierające ciała stałe-musi być wystarczająca, aby zapobiec osadzaniu się. Aby utrzymać cząstki w zawiesinie, zaleca się minimalną prędkość 1,5–2 m/s. Okresowe płukanie lub odwracanie przepływu pomaga usunąć wszelkie nagromadzone zanieczyszczenia.

W wymiennikach grafitowych można zastosować filtrację przed wymiennikiem lub filtr siatkowy (wielkość oczek 1–2 mm), aby zapobiec przedostawaniu się dużych cząstek do kanałów bloku. Spadek ciśnienia na wymienniku jest regularnie monitorowany, co pozwala na wczesne wykrycie zatykania, zanim wydajność ulegnie poważnemu pogorszeniu.

Abstrakcyjny
Grafit i PTFE mają przeciwstawne właściwości, dlatego w przypadku przenoszenia ciał stałych wymagane jest dokładne sprawdzenie wielkości cząstek, twardości i reżimu przepływu. Grafit jest odporny na ścieranie, ale łatwo się zatyka. PTFE radzi sobie z miękkimi i lepkimi substancjami bez zatykania, ale ulega erozji pod wpływem twardych cząstek. Nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania dotyczącego stosowania gnojowicy. Pomyślny wybór wymiennika ciepła wymaga pełnego zrozumienia płynu, łącznie ze wszystkimi jego zanieczyszczeniami,-a nie tylko składem objętościowym. Jeśli profil substancji stałych jest nieznany lub bardzo zmienny, najbezpieczniejszą metodą jest konstrukcja konserwatywna z większymi kanałami (grafit) lub wymiennymi wiązkami rurek (PTFE).