Mae trin nwy clorin gwlyb neu hylif bromin yn hynod o anodd-mae'r halogenau hyn yn ymosod ar lawer o fetelau a gallant hyd yn oed dreiddio neu straen-cracio rhai fflworopolymerau. Mae PVDF (fflworid polyvinylidene) wedi dod i'r amlwg fel deunydd dewisol ar gyfer cyfnewidwyr gwres yn y gwasanaethau ymosodol hyn oherwydd ei gyfuniad unigryw o wrthwynebiad a chryfder. Ar gyfer peirianwyr proses sy'n dylunio unedau adfer bromin, systemau sychu clorin, neu danciau cyswllt diheintio, mae cyfnewidwyr gwres PVDF yn cynnig cydbwysedd cymhellol o gydnawsedd cemegol a chadernid mecanyddol sy'n aml yn rhagori ar atebion traddodiadol sy'n seiliedig ar PTFE.
Ymwrthedd Cemegol PVDF mewn Amgylcheddau Halogen
Mae PVDF yn fflworopolymer lled-grisialog sy'n cynnwys grwpiau CH₂ a CF₂ bob yn ail. Mae'r strwythur hwn yn darparu ymwrthedd ardderchog i gyfryngau ocsideiddio, gan gynnwys clorin gwlyb, clorin deuocsid, hypocloritau, a bromin hylif. Yn wahanol i rai fflworopolymerau eraill, nid yw PVDF yn arddangos treiddiad sylweddol na chracio straen pan fydd yn agored i'r halogenau hyn o dan amodau gweithredu nodweddiadol.
Mae profiad maes yn dangos y gall PTFE ddioddef o dreiddiad mewn gwasanaeth clorin gwlyb tymor hir. Mae moleciwlau clorin yn ymledu'n araf trwy'r matrics PTFE, gan achosi pothellu neu ddadlaminadu mewn tiwbiau cyfnewid gwres. Mae strwythur crisialog dwysach PVDF a chyfaint rhydd is yn lleihau cyfraddau treiddiad halogen yn ôl trefn maint neu fwy. O ganlyniad,Gwasanaeth bromin clorin cyfnewidydd gwres PVDFmae cymwysiadau wedi tyfu'n gyson mewn planhigion alcali clor, cyfleusterau echdynnu bromin, a systemau trin dŵr.
Tymheredd Gwasanaeth Uchaf a Therfynau Crynodiad
Mae PVDF yn cynnal ei wrthwynebiad halogen hyd at dymheredd gwasanaeth parhaus uchaf o tua 135 gradd (275 gradd F). O fewn yr ystod hon, mae PVDF yn gwrthsefyll nwy clorin gwlyb (dirlawn ag anwedd dŵr) a bromin hylif heb ddiraddio. Ar dymheredd uwch na 135 gradd , mae PTFE yn parhau'n sefydlog (hyd at 260 gradd ), ond ar gyfer y mwyafrif o brosesau clorin a bromin-sy'n gweithredu o dan 120 gradd -mae PVDF yn gwbl ddigonol.
Mae terfynau crynodiad yn eang. Mae PVDF yn gwrthsefyll clorin gwlyb o lefelau hybrin hyd at gyfnod nwy 100%, ar yr amod bod lleithder yn bresennol (gall nwy clorin sych adweithio â PVDF ar dymheredd uchel). Ar gyfer bromin, mae PVDF yn trin bromin hylif, dŵr bromin, ac anwedd bromin o fewn y terfyn tymheredd.
Cryfder Mecanyddol Manteision Dros PTFE
Mantais allweddol yw priodweddau mecanyddol uwch PVDF o'i gymharu â PTFE. Mae’r tabl canlynol yn crynhoi’r gymhariaeth:
| Eiddo | PTFE | PVDF |
|---|---|---|
| Cryfder tynnol (MPa) | 20–30 | 40–55 |
| Modwlws hyblyg (MPa) | 500–700 | 2000–2500 |
| Elongation ar egwyl (%) | 250–400 | 20–50 |
| Caledwch (Traeth D) | 50–60 | 70–80 |
| Ymwrthedd crafiadau | Isel | Cymedrol i uchel |
Mae PVDF gryn dipyn yn gryfach ac yn llymach. Mae hyn yn caniatáu dyluniadau cyfnewidydd gwres gyda waliau tiwb teneuach-yn nodweddiadol 0.5–1.0 mm ar gyfer PVDF yn erbyn 1.0–2.0 mm ar gyfer PTFE. Mae waliau teneuach yn trosi i wrthwynebiad thermol is a chyfernodau trosglwyddo gwres gwell. Gall cyfnewidydd gwres cragen PVDF a-tiwb gyflawni cyfernodau trosglwyddo gwres cyffredinol 15-25% yn uwch nag uned PTFE gyfatebol, gan dybio yr un geometreg.
Mae cryfder mecanyddol uwch hefyd yn galluogi graddfeydd pwysedd uwch. Yn gyffredinol, mae cyfnewidwyr gwres PTFE yn gyfyngedig i 3-5 bar (45-75 psi) oherwydd ymgripiad a llif oer. Mae cyfnewidwyr gwres PVDF yn trin 8-10 bar (115-145 psi) fel mater o drefn, a gyda chregyn wedi'u hatgyfnerthu, hyd at 15 bar. Mae hyn yn gwneud PVDF yn addas ar gyfer cymwysiadau lle mae pwysau llinell yn gymedrol ond yn fwy na galluoedd PTFE.
Mae ymwrthedd crafiadau yn wahaniaethwr arall. Mewn gwasanaethau lle mae'r cyfnewidydd gwres yn gweld solidau crog, crisialau (ee, halen mewn heli clor-alcali), neu lif cythryblus gyda gronynnau wedi'u tanio, mae tiwbiau PTFE yn erydu'n gymharol gyflym. Mae caledwch uwch a gwrthiant crafiadau PVDF yn ymestyn oes y tiwb yn sylweddol.
Cymwysiadau Ymarferol mewn Prosesu Halogen
Systemau Sychu Clorin
Wrth gynhyrchu clorin, mae clorin gwlyb o gelloedd electrolysis yn mynd trwy dwr sychu (asid sylffwrig crynodedig fel arfer). Mae'r broses sychu yn ecsothermig, sy'n gofyn am oeri. Defnyddir cyfnewidwyr gwres PVDF yn eang fel oeryddion clorin cyn neu ar ôl sychu. Maent yn gwrthsefyll clorin gwlyb (i fyny'r afon o sychu) a chlorin sych gyda lleithder hybrin (i lawr yr afon), tra byddai metelau'n cyrydu'n gyflym.
Adfer Bromin o heli
Mae echdynnu bromin o ddŵr môr neu heli llynnoedd halen yn golygu ocsidiad bromid i bromin gan ddefnyddio nwy clorin, ac yna stripio ager. Mae'r anwedd bromin sy'n deillio o hyn yn cael ei gyddwyso a'i buro. Mae cyfnewidwyr gwres PVDF yn gweithredu fel cyddwysyddion ac oeryddion cynnyrch yn y gwasanaeth hwn. Mae adroddiadau maes yn dangos bod bywydau gwasanaeth yn fwy na 10 mlynedd mewn unedau adfer bromin, tra bod cyfnewidwyr gwres PTFE yn yr un lleoliad wedi dangos-methiannau cysylltiedig â threiddiad ar ôl 3–5 mlynedd.
Cannydd ac Oeri Hypochlorit
Mae hypoclorit sodiwm (cannydd) yn dadelfennu ar dymheredd uchel, gan ryddhau ocsigen a gwres. Mae cyfnewidwyr gwres PVDF yn oeri'r hydoddiant hypoclorit yn ystod y cynhyrchiad i gynnal sefydlogrwydd. Mae PTFE hefyd yn addas, ond mae cryfder uwch PVDF yn caniatáu dyluniadau mwy cryno, cost-effeithiol.
Cyfyngiadau a Ffiniau Cydnawsedd
Nid yw PVDF yn disodli PTFE yn gyffredinol. Mae toddyddion pegynol cryf yn ymosod arno, gan gynnwys:
cetonau (aseton, methyl ethyl ceton)
Esters (asetad ethyl, asetad biwtyl)
Rhai etherau (tetrahydrofuran)
Fuming asid sylffwrig (dros 100% H₂SO₄)
Concentrated hot caustic (above 80 °C and >20% NaOH)
Yn yr amgylcheddau hyn, PTFE yw'r deunydd a ffefrir o hyd. Yn ogystal, ni ellir defnyddio PVDF gyda nwy clorin sych ar dymheredd uchel (uwch na 135 gradd) neu gyda trifluorid clorin. Ar gyfer gwasanaethau sy'n fwy na 135 gradd neu sydd angen ymwrthedd cemegol cyffredinol, mae cyfnewidwyr gwres PTFE yn parhau i fod y safon.
Tabl Cydnawsedd: PTFE vs PVDF mewn Halogen a Chemegau Cysylltiedig
Mae'r tabl canlynol yn darparu canllaw cydnawsedd cyffredinol ar gyfer deunyddiau cyfnewidydd gwres. Sgoriau: E=Ardderchog, G=Da (mân ymosodiad), F=Gweddol (gwasanaeth cyfyngedig), X=Heb ei argymell.
| Cemegol | Crynodiad | Tymheredd | PTFE | PVDF |
|---|---|---|---|---|
| Clorin, gwlyb (nwy) | dirlawn | Hyd at 100 gradd | E | E |
| Clorin, gwlyb (nwy) | dirlawn | 100-135 gradd | E | G |
| Clorin, sych | 100% nwy | Hyd at 100 gradd | E | F¹ |
| Bromin, hylif | 100% | Hyd at 100 gradd | E | E |
| Bromin, hylif | 100% | 100-135 gradd | E | G |
| Dŵr bromin | dirlawn | Hyd at 100 gradd | E | E |
| Clorin deuocsid | dyfrllyd | Hyd at 80 gradd | E | E |
| Sodiwm hypoclorit | 15% | Hyd at 50 gradd | E | E |
| Asid hydroclorig | 37% | Hyd at 100 gradd | E | E |
| Asid sylffwrig, mygdarth | >100% | 25 gradd | E | X |
| Aseton | 100% | 25 gradd | E | X |
| Asetad ethyl | 100% | 25 gradd | E | X |
| Sodiwm hydrocsid | 50% | 80 gradd | E | F² |
¹ Gall clorin sych ar dymheredd uwch na 100 gradd achosi diraddio PVDF. Defnyddiwch PTFE yn lle hynny.
² Mae PVDF yn dderbyniol ar gyfer gwasanaeth crynhoad ysbeidiol neu isel-crynodiad costig ond nid ar gyfer gwasanaeth crynodiad uchel parhaus-tymheredd,-uchel.
Ystyriaethau Dylunio ar gyfer Cyfnewidwyr Gwres PVDF
Wrth nodi aGwasanaeth bromin clorin cyfnewidydd gwres PVDFcais, mae nifer o ffactorau angen sylw:
Trwch wal y tiwb:Er gwaethaf cryfder PVDF, argymhellir isafswm trwch o 0.8 mm ar gyfer gwasanaeth halogen i ddarparu ymyl diogelwch rhag treiddiad a difrod mecanyddol.
Gasgedi a morloi:Defnyddiwch gasgedi PTFE neu perfluoroelastomer (FFKM). Mae gasgedi PVDF yn tueddu i ymlusgo. Nid yw EPDM a FKM yn gydnaws â halogenau.
Gostyngiad pwysau:Mae tiwbiau teneuach yn caniatáu cyflymder llif uwch, ond nid yw erydiad yn peri pryder i PVDF. Mae cyflymderau hyd at 3 m/s yn dderbyniol ar ochr y tiwb.
Ehangu thermol:Mae gan PVDF gyfernod ehangu thermol tua 8 gwaith yn fwy na dur carbon. Rhaid i ddyluniadau cyfnewidydd gwres ddarparu ar gyfer ehangu gwahaniaethol trwy ddolenni ehangu, meginau, neu ddalennau tiwb arnofiol.
Cymhariaeth â Dewisiadau Amgen Fflworopolymer Eraill
Defnyddir ETFE (ethylen tetrafluoroethylene) ac ECTFE (clorotrifluoroethylene ethylene) hefyd mewn gwasanaeth halogen. Mae'r ddau yn cynnig cryfder mecanyddol rhwng PTFE a PVDF, gyda gwrthiant cemegol ychydig yn is na PTFE ond yn uwch na PVDF ar gyfer rhai toddyddion. Fodd bynnag, mae PVDF yn gyffredinol yn fwy cost-effeithiol ac ar gael yn haws mewn ffurfiau cyfnewidydd gwres (cragen-a-tiwb, coil, trochi). Ar gyfer bromin a chlorin gwlyb yn benodol, mae hanes hir PVDF yn rhoi mantais iddo.
Casgliad
Mae cyfnewidwyr gwres PVDF yn llenwi cilfach hollbwysig mewn gwasanaeth halogen lle mae eu gwrthwynebiad penodol i glorin gwlyb a bromin hylif, ynghyd â chryfder mecanyddol uwch, yn perfformio'n well na PTFE. Mae waliau tiwb teneuach, graddfeydd pwysedd uwch, gwell ymwrthedd crafiadau, a chyfraddau treiddiad is yn golygu bod PVDF yn ddewis cost-effeithiol a dibynadwy ar gyfer prosesau clor alcali, adfer bromin a diheintio sy'n gweithredu o dan 135 gradd . Fodd bynnag, mae dewis deunydd yn gofyn am ddealltwriaeth fanwl o gemeg y broses-gan gynnwys presenoldeb toddyddion pegynol, asidau mygdarth, neu-clorin sych tymheredd uchel-lle mae angen PTFE o hyd. Ar gyfer y mwyafrif o ddyletswyddau trosglwyddo gwres clorin a bromin, mae PVDF yn cynnig cydbwysedd cymhellol o berfformiad a gwydnwch.
