Jak szybkość zanieczyszczenia w wymienniku PTFE jest porównywana z jednostką-z wykładziną szklaną podczas przetwarzania polimerów?

Fabryka przetwórstwa polimerów wykorzystuje wymienniki ciepła do ogrzewania i chłodzenia lepkich, stopionych lub rozpuszczonych tworzyw sztucznych. Choć zarówno wymienniki z wyściółką-szklaną, jak i wymienniki z PTFE zapewniają doskonałą ochronę przed korozją, ich powierzchnie walczą z nieuniknionym gromadzeniem się zanieczyszczeń polimerowych w zupełnie inny sposób. To, jak często obiekt musi być wyłączany ze względu na kosztowne i skomplikowane czyszczenie, zależy od powierzchni.

Porównanie szybkości zanieczyszczania wymienników PTFE i polimerów wyłożonych szkłem jest zasadniczo badaniem energii powierzchniowej, fizyki adhezji i interakcji polimerów z różnymi powierzchniami międzyfazowymi materiałów.

Energia powierzchniowa i początek osadzania się zanieczyszczeń
Energia powierzchniowa i właściwości zwilżające mają duży wpływ na osadzanie się zanieczyszczeń w polimerach. Szkło i PTFE reprezentują dwie skrajności interakcji z polimerami organicznymi.

Szkło jest powierzchnią hydrofilową i wysokoenergetyczną. Powierzchnia PTFE jest bardzo hydrofobowa i niskoenergetyczna. Ta różnica głęboko zmienia zachowanie łańcuchów polimerowych, gdy napotykają ścianę wymiennika.

Szkło trzyma się polimeru jak wilgotna dłoń lodu; PTFE pozwala na poślizg...

Do szklanych-powierzchni z wykładziną:

Przyczepność jest ułatwiona dzięki polarnym-polarnym lub półbiegunowym rozmieszczeniom interakcji

Łańcuchy polimerowe rozciągają się i zakotwiczają na powierzchni

Z cienkich blach powstają początkowo grube warstwy izolacyjne

Czyszczenie często odbywa się za pomocą agresywnych środków chemicznych lub termicznych

Dla powierzchni PTFE:

Bardzo niska energia powierzchniowa

Siły przyczepności są znacznie zmniejszone

Osadzanie polimeru jest słabe i łatwo zakłócane przez przepływ

Warstwy zanieczyszczeń są cieńsze i mniej stabilne

Wskaźniki zanieczyszczania w przetwarzaniu polimerów: porównanie
Doświadczenie operacyjne w zastosowaniach PTFE w porównaniu z polimerami o szybkości zanieczyszczania wymienników wyłożonych szkłem wielokrotnie ujawnia tendencję do gromadzenia się mniej trwałych zanieczyszczeń na powierzchniach PTFE w podobnych warunkach, szczególnie w przypadku:

Polietylen (PE) topi się i roztwory

Strumienie technologiczne PP (Polipropylen)

Hydrofobowe mieszaniny polimerów i rozpuszczalników

Lepkie ciecze procesowe o wysokiej zawartości oligomerów

Sprzęt-wyłożony szkłem jest odporny chemicznie, ale w takich sytuacjach ma tendencję do tworzenia bardziej trwałych osadów ze względu na wyższą przyczepność międzyfazową.

Warstwy zanieczyszczeń zwykle generowane przez PTFE to:

Bardziej smukły,

Fizycznie słabszy

Łatwiej się go pozbyć za pomocą ścinania przepływowego.

Bardziej wrażliwy na łagodne cykle czyszczenia

Prowadzi to do długich czasów ciągłej pracy pomiędzy przestojami.

Działanie czyszczące i wpływ na działanie
Częstotliwość czyszczenia jest istotnym czynnikiem wpływającym na koszty operacyjne w produkcji polimerów. Różnice w zachowaniu zanieczyszczeń bezpośrednio wpływają na wydajność instalacji.

Dla wymienników z okładziną szklaną:

Często wymagają czyszczenia mechanicznego lub chemicznego

Usługa lepkiego polimeru przekłada się na skrócenie czasu przestojów

Po cyklach czyszczenia mogą pozostać resztki filmów

W przypadku wymienników PTFE,

Warstwy zanieczyszczeń są mniej przyczepione

Często wystarczy płukanie termiczne lub rozpuszczalnikiem

Krótsze i mniej energiczne cykle czyszczenia

Spada zużycie środków chemicznych

Przekłada się to na lepszy czas pracy i mniejszą intensywność konserwacji w systemach opartych-PTFE.

Kompromis-w przewodności cieplnej
Pomimo odporności na zabrudzenie PTFE ma on znaczne ograniczenia konstrukcyjne w postaci słabej przewodności cieplnej. PTFE jest gorszym przewodnikiem ciepła niż stal-pokryta szkłem.

To daje:

Potrzeba większej powierzchni wymiany ciepła

Zwiększony rozmiar wymiennika przy takim samym obciążeniu

Zwiększony potencjał śladu kapitałowego

Mniejszy przepływ ciepła na jednostkę powierzchni

Systemy wyłożone szkłem-są bardziej podatne na zabrudzenie, ale zazwyczaj mają wyższą sprawność cieplną na jednostkę objętości ze względu na lepsze przewodzenie ciepła przez metalowe podłoże.

Skutki chemii procesowej
Zanieczyszczanie nie jest zjawiskiem powszechnym i w dużym stopniu zależy od:

Rozkład mas cząsteczkowych polimerów

Polaryzacja rozpuszczalnika

Profil temperaturowy.

Warunki ścinania w wymienniku ciepła

W niektórych roztworach-bogatych w rozpuszczalnik lub częściowo mieszalnych różnice między PTFE i szkłem mogą być mniej wyraźne. Zaleta PTFE jest szczególnie widoczna w przypadku bardzo lepkich stopów polimerów hydrofobowych.

Implikacje dla strategii operacyjnej
Wybór wymienników wyłożonych PTFE lub szkłem-do przetwarzania polimerów stanowi zazwyczaj kompromis pomiędzy:

Odporność na zabrudzenie

Wydajność w upale

Ograniczenia ciśnienia

Wytrzymałość materiałów

Podejście konserwacyjne

PTFE jest często wybierany w systemach, w których w kosztach operacyjnych dominują przestoje związane z zanieczyszczeniem. Jeśli istotna jest kompaktowa konstrukcja i wyższa wydajność ciśnieniowa, preferowane mogą być jednostki ze ścianami szklanymi.

Abstrakcyjny
Niska energia powierzchniowa PTFE zapewnia główną przewagę roboczą w zakresie odporności na zarastanie lepkimi materiałami polimerowymi. W przypadku zastosowań polimerowych stopień zanieczyszczania PTFE w porównaniu z wymiennikiem ze szklanymi ściankami, PTFE, przy gorszych parametrach temperaturowych i ciśnieniowych, generalnie pozwala na dłuższy czas pracy, łatwiejsze czyszczenie i mniej intensywną konserwację.

Najbardziej opłacalny wymiennik ciepła to taki, który pracuje nieprzerwanie. Te zmniejszenie częstotliwości zanieczyszczania może często przewyższać surową wydajność cieplną w wielu zastosowaniach związanych z przetwarzaniem polimerów, co czyni PTFE doskonałym kandydatem do maksymalizacji czasu pracy i ciągłości procesu.