Külma lahjendatud vesinikkloriidhappe voo jahutamiseks võib vaikematerjaliks olla PTFE-soojusvaheti, mis on keemilise vastupidavuse kuningas. Kuid PTFE on kallis. Selle spetsiifilise madala temperatuuriga mitteoksüdeeriva teenuse alternatiiviks on polüpropüleen (PP), tarbeplast, mis maksab murdosa hinnast. Selle soojusjuhtivus on samas, loid madalas vahemikus, seega pole tegemist soojusliku uuendusega. Otsus kasutada PP-d on puhtalt majanduslik, vahetades ära PTFE laia temperatuurivahemiku ja universaalse keemilise vastupidavuse palju madalamate algkulude eest.
Soojusjuhtivus: tihe vaste
Polüpropüleeni (PP) soojusjuhtivus on toatemperatuuril ligikaudu 0,2 W/m·K. PTFE (polütetrafluoroetüleen) soojusjuhtivus on veidi kõrgem, umbes 0,25 W/m·K. Praktikas on see 20% erinevus enamiku soojusvaheti suuruse arvutamisel tühine. Mõlemad materjalid on metallidega võrreldes soojusisolaatorid (nt roostevaba teras ~15 W/m·K). Seetõttu vajab PP-soojusvaheti sama töö, vedeliku kiiruse ja temperatuuride jaoks ligikaudu sama soojusülekande pindala kui PTFE-seade. Toores soojuslik jõudlus ei ole põhjus, miks valida PP PTFE asemel või vastupidi.
Sooritades aPP vs PTFE soojusvaheti soojusjuhtivus madala temperatuuriga hapeVõrreldes on järeldus selge: soojusjuhtivus ei mõjuta valikut. Mõlemad materjalid kuuluvad samasse madala juhtivuse klassi ja kõik disainierinevused on väikesed.
Miks valida PP? Majandusargument
Polüpropüleeni peamine eelis on selle madal hind. PP on termoplast, mida toodetakse suurtes kogustes ja mille toorainehinnad on tavaliselt 5–10 korda madalamad kui PTFE. Valmistamismeetodid-nagu kuumgaaskeevitus, ekstrusioon ja survevalu-on samuti odavamad kui PTFE jaoks vajalik spetsiaalne paagutamine ja survevalu. Korpus-toru- või spiraaltüüpi PP-soojusvahetit saab valmistada murdosa eest samaväärse PTFE-seadme hinnast. Madala temperatuuriga mitteagressiivse happeteenuse puhul võib see kulude kokkuhoid olla märkimisväärne.
PP piirangud: temperatuur ja keemiline vastupidavus
Kuigi PP on majanduslikult atraktiivne, on selle tööaken kitsas. Polüpropüleeni maksimaalne pidev töötemperatuur on ainult umbes 80 kraadi (176 kraadi F). Üle selle temperatuuri PP pehmeneb, kaotab mehaanilise tugevuse ja hakkab rõhu all roomama. Seevastu PTFE võib töötada pidevalt 200 kraadi (392 kraadi F) ja vahelduvalt kuni 260 kraadi juures. Madala temperatuuriga happega töötamisel (nt alla 60 kraadi) on see piirang vastuvõetav, kuid protsessi häirimine või auruga puhastamine võib ületada PP piirmäära.
Keemiliselt on PP vastupidav paljude lahjendatud hapete, aluste ja soolade vesilahuste suhtes. Seda ründavad aga tugevad oksüdeerivad happed, nagu kontsentreeritud lämmastikhape, üle 70% väävelhape ja kroomhape. Samuti paisub või lahustub paljudes orgaanilistes lahustites (nt aromaatsed süsivesinikud, klooritud lahustid ja ketoonid). PTFE seevastu on immuunne praktiliselt kõikide kemikaalide suhtes, välja arvatud sulatatud leelismetallid ja elementaarne fluor kõrgel temperatuuril. Seetõttu on PP jahedate, puhaste, mitteoksüdeerivate hapete (nt lahjendatud HCl, lahjendatud H₂SO₂, äädikhape) spetsiaalne spetsialist. PTFE on universaalselt immuunne, kõrge temperatuuriga ja ohutu generalist.
Täiendavad tehnilised kaalutlused
UV-tundlikkus ja rabedus
Polüpropüleenil on halb vastupidavus ultraviolettkiirgusele (UV). Kui soojusvaheti paigaldatakse õue või eredalt valgustatud kohta, põhjustab UV-kiirgus fotooksüdatsiooni, mis põhjustab pinna pragunemist ja löögitugevuse vähenemist. Välitingimustes kasutatavad PP soojusvahetid peavad olema varjestatud või värvitud UV-kindlate katetega. PTFE on oma olemuselt UV-stabiilne ega lagune päikesevalguse käes.
Tuleohtlikkus
PP on süttiv materjal, mille hapnikuindeks (LOI) on ligikaudu 18%. See põleb kergesti pärast süütamist, tekitades tihedat suitsu ja tilkudes sula polümeeri. Arvestada tuleb tuleohutuskaalutlustega,-nagu vihmutid, tuletõkked ja elektrialade klassifikatsioon-. PTFE LOI on 95% ja see on klassifitseeritud mittesüttivaks; see ei toeta põlemist ja kustub ise, kui leegiallikas eemaldatakse. See muudab PTFE ohutumaks valikuks tuleohuga keskkondades.
Mehaaniline tugevus madalal temperatuuril
Madalatel temperatuuridel (nt alla 10 kraadi) muutub PP üha rabedamaks ja vastuvõtlikumaks veehaamri või jää moodustumise põhjustatud löögikahjustustele. PTFE jääb sitkeks ja elastseks kuni krüogeense temperatuurini (-200 kraadi). Külma happega töötamiseks (nt jahutatud vesi või jahutatud soolveed) vajavad PP-vahetid hoolikat kaitset mehaaniliste löökide eest.
Valikujuhised: sobitage materjal teenusega
Valik PP ja PTFE soojusvaheti vahel madala temperatuuriga happe jaoks ei ole termiline, vaid puhtalt majanduslik ja keemiline sobivus. Kasutage PP-d, kui:
Hape on lahjendatud, mitteoksüdeeriv ja puhas (nt HCl < 20%, H2SO₄ < 50%, äädikhape).
Töötemperatuur on alla 60 kraadi (ohutusvaruga alla 80 kraadi).
Ei sisalda orgaanilisi lahusteid ega tugevaid oksüdeerijaid.
Vaheti paigaldatakse siseruumidesse või kaitstakse UV-kiirguse eest.
Tuleoht on madal või piisavalt maandatud.
Madalaim algkapitali maksumus on edasiviiv tegur.
Kasutage PTFE-d, kui:
Hape on kuum (üle 80 kraadi), kontsentreeritud või oksüdeeriv (nt lämmastik-, kroom- või kuum väävelhape).
Vedelik sisaldab agressiivseid orgaanilisi lahusteid.
Protsessi häired võivad ajutiselt ületada PP temperatuuripiirangut.
Tuleohutus või UV-kiirgus on muret tekitav.
Vaatamata kõrgematele eelkuludele on vajalik pikk kasutusiga minimaalse hooldusega.
Polüpropüleen on odav, lihtne tööhobune jaheda ja õrna happe jaoks; PTFE on esmaklassiline võitmatu sõdalane kuumema, metsikuma ja ettearvamatuma keemia jaoks. Kumbki pole universaalselt parem{1}}õige valik sõltub täielikult protsessi ümbrikust.
Järeldus: soojusjuhtivus ei ole otsustav tegur
Madala temperatuuriga happeteenuse puhul on PP ja PTFE soojusjuhtivus nii sarnane, et soojusvaheti suurus ja jõudlus on peaaegu identsed. Seetõttu sõltub otsus keemilisest ühilduvusest, temperatuuripiirangutest, ohutusest ja kuludest. Hoolikalt määratletud, maheda ja jaheda happevoo jaoks pakub PP märkimisväärset kulude kokkuhoidu ja usaldusväärset teenindust. Iga keerulise, kuuma või agressiivse keemia puhul õigustab PTFE võrratu vastupidavus selle kõrget hinda. Odavaim materjal, mis töötab usaldusväärselt, on selle töö jaoks õige-ja madala temperatuuriga mitteoksüdeerivate hapete jaoks võib see materjal olla polüpropüleen.
