Jak przewodność cieplna wymiennika polipropylenowego (PP) wypada w porównaniu z PTFE w środowisku kwasu-temperaturowego?

PTFE jest królem odporności chemicznej i dlatego domyślnym wyborem do chłodzenia strumienia zimnego, rozcieńczonego kwasu solnego może być wymiennik ciepła z PTFE. Ale PTFE kosztuje dużo. Kolejnym tworzywem jest polipropylen (PP), powszechnie dostępny plastik, który kosztuje ułamek tej kwoty w przypadku tej konkretnej usługi polegającej na nisko-temperaturze i-utlenianiu. Znajduje się w tym samym niskim zakresie przewodności cieplnej, dlatego nie jest wzmocnieniem termicznym. Wybór PP jest po prostu ekonomiczny, poświęca szeroki zakres temperatur i uniwersalną ochronę chemiczną na rzecz znacznie niższych kosztów początkowych.

Przewodność cieplna: prawie idealne dopasowanie
Przewodność cieplna polipropylenu (PP) w temperaturze pokojowej wynosi około 0,2 W/m·K. Przewodność cieplna PTFE (politetrafluoroetylenu) jest nieco wyższa i wynosi około 0,25 W/m·K. W praktyce ta 20-procentowa różnica ma niewielki wpływ na większość obliczeń doboru wymiennika ciepła. Obydwa są izolatorami termicznymi w porównaniu z metalami (np. stal nierdzewna ~15 W/m·K). Dlatego wymiennik ciepła PP będzie wymagał mniej więcej tej samej powierzchni wymiany ciepła co jednostka PTFE przy tym samym obciążeniu, prędkościach płynu i temperaturach. Nie ma powodu wybierać PP zamiast PTFE lub odwrotnie, na podstawie surowych parametrów termicznych.

Ostateczny wniosek z badania przewodności cieplnej wymiennika PP w porównaniu z PTFE w niskiej temperaturze kwasu jest jasny: selekcja nie prowadzi do przewodności cieplnej. Obydwa materiały należą do tej samej klasy niskiej przewodności, a wszelkie zmiany konstrukcyjne nie są znaczące.

Dlaczego PP? Sprawa ekonomiczna
Główną zaletą polipropylenu jest to, że jest tani. PP jest towarowym tworzywem termoplastycznym produkowanym w dużych ilościach. Koszty surowców są zazwyczaj 5-10 razy niższe niż w przypadku PTFE. Dostępne są również tańsze metody wytwarzania, takie jak spawanie gorącym gazem, wytłaczanie i formowanie wtryskowe w porównaniu ze specjalistycznym spiekaniem i formowaniem tłocznym PTFE. Wymiennik ciepła z PP-i-rurowy lub wężownicowy-jest produkowany za jedną czwartą kosztu urządzenia PTFE tej samej wielkości. Ta oszczędność kosztów może być duża w przypadku nieagresywnego kwasu w niskiej temperaturze.

Odporność na temperaturę i chemikalia: granice PP
PP jest atrakcyjny ekonomicznie, ale ma wąskie okno robocze. Polipropylen można stosować w sposób ciągły wyłącznie w temperaturach do około 80 stopni (176 stopni F). W wyższych temperaturach PP staje się miękki, traci swoją wytrzymałość mechaniczną i zaczyna pełzać pod ciśnieniem. I odwrotnie, PTFE może pracować w sposób ciągły w temperaturze 200 stopni (392 stopni F) i sporadycznie do 260 stopni. To ograniczenie jest dopuszczalne w przypadku pracy z kwasem w niskiej temperaturze (tj. poniżej 60 stopni); niemniej jednak jakiekolwiek zakłócenie procesu lub czyszczenie parą może przekroczyć limit PP.

Z chemicznego punktu widzenia PP jest odporny na wiele rozcieńczonych kwasów, zasad i wodnych roztworów soli. Wpływ na to mają silne kwasy utleniające, takie jak stężony kwas azotowy, kwas siarkowy powyżej 70% i kwas chromowy. Rozszerza się również lub rozpuszcza w wielu rozpuszczalnikach organicznych, np. węglowodorach aromatycznych, rozpuszczalnikach chlorowanych i ketonach. Jednakże PTFE jest odporny na prawie wszystkie substancje z wyjątkiem stopionych metali alkalicznych i pierwiastkowego fluoru w wysokich temperaturach. Dlatego PP specjalizuje się w chłodnych, czystych, nie-utleniających kwasach (np. rozcieńczony HCl, rozcieńczony H 2 SO 4 , kwas octowy). PTFE jest materiałem ogólnie odpornym, odpornym na wysoką temperaturę i bezpiecznym dla każdego.

Dalsze rozważania techniczne
Kruchość i wrażliwość na promieniowanie UV
Polipropylen nie jest odporny na światło ultrafioletowe (UV). Jeśli wymiennik jest umieszczony na zewnątrz lub w silnie oświetlonym miejscu, ekspozycja na promieniowanie UV powoduje-fotoutlenianie, które może prowadzić do pękania powierzchni i utraty udarności. Do użytku na zewnątrz wymienniki PP należy chronić lub pokrywać powłokami odpornymi na promieniowanie UV-. PTFE jest naturalnie odporny na promieniowanie UV i nie ulegnie zniszczeniu pod wpływem światła słonecznego.

Odporność na ogień
PP jest substancją palną, której graniczny wskaźnik tlenu (LOI) wynosi około 18%. Po zapaleniu łatwo się pali, wydzielając obfity dym i strumienie stopionego polimeru. Kwestie bezpieczeństwa pożarowego obejmują tryskacze, bariery przeciwpożarowe i klasyfikację obszarów elektrycznych. PTFE jest niepalny, a jego LOI wynosi 95%. Nie podtrzymuje spalania i-samoczynnie zgaśnie po usunięciu źródła płomienia. To sprawia, że ​​PTFE jest bezpieczniejszą opcją w obszarach zagrożonych pożarem.

Wytrzymałość mechaniczna w niskich temperaturach
W niskich temperaturach (np. poniżej 10 stopni) PP staje się bardziej kruchy i bardziej podatny na uszkodzenia spowodowane uderzeniami wodnymi lub tworzeniem się lodu. PTFE jest wytrzymały i elastyczny w temperaturach kriogenicznych (-200 stopni). W przypadku zastosowań związanych z zimnymi kwasami, takimi jak woda lodowa lub solanki chłodnicze, wymienniki PP muszą być starannie chronione przed wstrząsami mechanicznymi.

Wskazówki dotyczące wyboru Wybór odpowiedniego materiału do usługi
Wybór wymiennika PP lub PTFE dla kwasu niskotemperaturowego nie jest wyborem termicznym, ale jedynie wyborem dotyczącym zgodności ekonomicznej i chemicznej. Kiedy stosować PP:

Kwas jest rozcieńczony, nie-utleniający i czysty (HCl < 20%, H2SO4 < 50%, kwas octowy).

Temperatura pracy poniżej 60 stopni (z marginesem bezpieczeństwa poniżej 80 stopni).

Nie zawiera rozpuszczalników organicznych ani silnych utleniaczy.

Wymiennik umieszcza się w pomieszczeniu zamkniętym lub w strefie osłoniętej przed promieniami UV.

Ryzyko pożaru jest niskie lub dobrze kontrolowane.

Najniższy. Czynnikiem napędowym jest początkowy koszt kapitału.

Użyj PTFE do:

Kwas jest gorący (powyżej 80 stopni), stężony lub utleniający (np. azotowy, chromowy lub gorący siarkowy).

Agresywne rozpuszczalniki organiczne w płynie.

Zakłócenia procesu mogą na krótko przekroczyć limit temperatury PP.

Bezpieczeństwo pożarowe lub narażenie na promieniowanie UV stanowią zmartwienie.

Zwiększony koszt początkowy jest uzasadniony długą żywotnością i niskimi kosztami konserwacji.

Tani i rozsądny-koń pociągowy do zimnego, delikatnego kwasu to polipropylen. Najwyższej klasy-niezwyciężonym wojownikiem w gorętszej, dzikszej i bardziej nieprzewidywalnej chemii jest PTFE. Żadne z nich nie zawsze jest lepsze, właściwa decyzja jest całkowicie zależna od koperty procesu.

Wniosek: przewodność cieplna nie jest czynnikiem decydującym
W przypadku stosowania kwasu-w niskiej temperaturze przewodność cieplna PP i PTFE jest tak bliska, że ​​wielkość i wydajność wymiennika ciepła są praktycznie porównywalne. Wszystko sprowadza się do zgodności chemicznej, ograniczeń temperaturowych, bezpieczeństwa i kosztów. PP zapewnia znaczne oszczędności kosztów i niezawodną obsługę w przypadku dobrze zdefiniowanej usługi łagodnego, chłodnego kwasu. Żadne inne tworzywo sztuczne nie jest w stanie dorównać odporności PTFE na trudne, rozgrzane lub agresywne substancje chemiczne i dlatego jest droższe. Najlepszym materiałem do tego zadania jest ten najbardziej ekonomiczny, na którym można polegać,-a w przypadku nisko-temperaturowych, nie-kwasów tym materiałem może być polipropylen.