Bæði PVDF og PTFE eru flúorfjölliður sem búa til frábæra tæringarþolna -varmaskipta. Á pappír er varmaleiðni þeirra næstum því eins, bæði á sveimi í kringum hæga 0,2 W/m·K. En raunverulegur-heimsframmistaða skiptis snýst ekki bara um hitaleiðni plastsins; þetta snýst um hvað plastið gerir verkfræðingnum kleift að smíða. Að skiljaPVDF vs PTFE heildarvarmaflutningsstuðullSamanburður krefst þess að horfa út fyrir efnisgagnablaðið og inn í hagnýta vélfræði rörveggþykktar og vélræns styrks.
Hitaleiðnitölurnar: Nær en þær virðast
Innri varmaleiðni efnis er mælikvarði á hversu auðveldlega varmi flæðir í gegnum 1 metra tening á gráðu hitamun. Fyrir flúorfjölliðurnar tvær:
PTFE (pólýtetraflúoretýlen):Um það bil 0,25 W/m·K
PVDF (pólývínýlídenflúoríð):Um það bil 0,19 W/m·K
PTFE hefur örlítið brún-um það bil 30% hærri leiðni en PVDF miðað við hverja-einingu-þykktargrundvelli. Ef hægt væri að mynda bæði efnin í rör með sömu veggþykkt myndi PTFE rörið fræðilega bjóða upp á lægri leiðandi viðnám. Þetta er þó ekki öll sagan. Heildarvarmaflutningsstuðullinn (U-gildi) varmaskipta felur í sér mörg viðnám: innri filmuna, leiðslu rörveggsins, ytri filmuna og óhreinindi. Í flúorfjölliðuskiptum er leiðsla rörveggsins oft ríkjandi flöskuhálsinn. Öll minnkun á veggþykkt bætir U{10}}gildið beint.
Falinn varmakostur PVDF: Vélrænni styrkur þess
PVDF er mun stífari og sterkari hitaplasti en PTFE, bæði við stofuhita og við dæmigerðan notkunarhita. Helstu vélrænni munur:
Togstyrkur:PVDF (venjulega 40–55 MPa) er verulega hærra en PTFE (20–30 MPa).
Beygjustuðull:PVDF (1,5–2,5 GPa) er mun stífari en PTFE (0,5–0,8 GPa).
Skriðþol:PVDF heldur lögun sinni og styrk undir viðvarandi þrýstingi, en PTFE er viðkvæmt fyrir köldu flæði og aflögun með tímanum.
Þessir vélrænni yfirburðir gera kleift að pressa út PVDF skiptirör með verulega þynnri vegg en PTFE rör en samt uppfylla sömu kröfur um þrýsting og vélrænni heilleika. Falinn hitauppstreymi kostur PVDF er vöðvi þess-sem getur stutt þynnri vegg sem ekki hindrar.
Veggþykktarsamanburður: The Real Performance Driver
Fyrir dæmigerða skel-og-rör eða dýfkuspóluvarmaskipti sem starfar við 3–5 bör innri þrýsting og hitastig allt að 100 gráður, eru eftirfarandi veggþykktir almennt tilgreindar:
PTFE rör:Lágmarksveggþykkt um það bil 0,8–1,0 mm. Þynnri veggir hætta á að hrynja undir lofttæmi, springa undir þrýstingi eða aflögun vegna hitauppstreymis. Mýkt PTFE krefst þykkari veggs fyrir vélrænan stöðugleika.
PVDF rör:Lágmarksveggþykkt um það bil 0,4–0,6 mm. Hærri stífleiki og togstyrkur leyfa áreiðanlega notkun með næstum helmingi þykkari vegg.
Leiðandi varmaviðnám rörveggs er reiknað sem:
Fyrir PTFE: 0,9 mm / 0,25 W/m·K=0.0036 m²·K/W
Fyrir PVDF: 0,5 mm / 0,19 W/m·K=0.0026 m²·K/W
Þrátt fyrir hærri leiðni PTFE á millimetra framleiðir þynnri PVDF veggurinn minni leiðniviðnám. Í þessu dæmi er PVDF veggviðnám um 28% lægra en PTFE. Þegar það er blandað saman við filmuviðnám (sem er svipað fyrir bæði efnin miðað við sambærilega yfirborðsáferð og flæðisskilyrði) er heildar U-gildi PVDF skiptisins venjulega 15–30% hærra en jafngildrar PTFE eining.
Viðbótaraðgerðargluggi: Hitatakmörk
PVDF býður upp á örlítið hærra hámarks samfellt þjónustuhitastig en PTFE fyrir dýfavarmaskipti. Hagnýt takmörk eru:
PTFE:Venjulega 110 gráður fyrir stöðuga dýfingu í vatnslausnir. Skammtímaferðir í 120 gráður eru mögulegar, en vélrænni styrkur minnkar hratt yfir 110 gráður.
PVDF:Metið fyrir stöðuga þjónustu allt að 135 gráður í mörgum ætandi umhverfi. Fyrir sumar sýrur og basa eru efri mörkin um 120–125 gráður, en þetta fer samt yfir PTFE mörkin.
Fyrir ferla sem keyra á milli 110 gráður og 125 gráður er PVDF oft eini flúorfjölliða valkosturinn. PTFE skipti þyrfti oft að skipta um eða myndi þjást af skrið og aflögun. Þessi hitastigskostur eykur enn frekar notagildi PVDF í heitum sýru eða basískum upphitun.
Hagnýtar afleiðingar fyrir skiptahönnun
Bætt U-gildi og hærra hitastig PVDF skilar sér í áþreifanlegum hönnunarkostum:
Minni hitaflutningssvæði:Fyrir tiltekna upphitunar- eða kæliskyldu getur PVDF skipti verið minni (færri rör eða styttri lengd) en PTFE skipti. Þetta dregur úr fótspori og stofnkostnaði.
Lægra rennsli eða minni hitastig drifkraftur:Ef skiptistærðin er föst, leyfir hærra U-gildið notkun með lægra flæðihraða heits vökva eða minni hitamun á milli þjónustuvökvans og vinnsluvökvans.
Betri viðbrögð við villu:Með tímanum eykur óhreinindi viðnám. Hærra upphaflegt U-gildi veitir meiri framlegð áður en skiptarinn fer niður fyrir viðunandi afköst.
Þegar PTFE er áfram valinn kostur
Þrátt fyrir kosti PVDF hvað varðar U-gildi og hitastig er PTFE enn valið í mörgum forritum af ástæðum sem tengjast ekki hitaflutningi:
Efnaþol:PTFE er óvirkt fyrir nánast öllum efnum, þar með talið sterkum oxandi sýrum (td rjúkandi saltpéturs, klórsúlfónsýru). Hægt er að ráðast á PVDF af óblandaðri brennisteinssýru yfir 100 gráður, sterkum basum við hærra hitastig og sumum skautuðum leysum (td dímetýlsúlfoxíði, asetoni).
Hreinleikakröfur:PTFE er oft tilgreint fyrir ofurhreint vatn og hálfleiðara notkun vegna þess að það lekur færri útdráttarefni en PVDF. PVDF getur innihaldið snefil af fáliðum eða leifar leysis frá vinnslu.
Sveigjanleiki fyrir spólu:Sveigjanleiki PTFE gerir það kleift að móta það í þéttar, spólulaga spólur fyrir dýfahitara. PVDF er stífara og brothættara, sem takmarkar notkun þess í þéttum spóluðum rúmfræði.
Lægri kostnaður (venjulega):PVDF er almennt ódýrara en PTFE miðað við-kílógramm, en heildarkostnaður skipta fer eftir hönnun. PTFE er meira fáanlegt sem rörefni, sem getur vegið upp á móti verðmun á hráefni.
Að mæla árangursmuninn: Dæmi
Íhugaðu skel-og-rör flúorfjölliða skipti með eftirfarandi breytum:
Ytra þvermál rörs: 6 mm
Lengd rörs: 2 metrar
Fjöldi röra: 100
Heitur vökvi inni í rörum (vatn við 90 gráður), kaldur vinnsluvökvi utan (vatn við 50 gráður)
Innri og ytri filmustuðlar: 500 W/m²·K hvor (dæmigert fyrir ókyrrt vatn)
PTFE hönnun (0,9 mm vegg):
Veggviðnám: 0,0036 m²·K/W
Heildarviðnám (1/500 + 0.0036 + 1/500)=0.0020 + 0.0036 + 0.0020=0.0076 m²·K/W
Heildar U-gildi=1 / 0,0076 ≈ 132 W/m²·K
PVDF hönnun (0,5 mm vegg):
Veggviðnám: 0,0026 m²·K/W
Heildarviðnám=0.0020 + 0.0026 + 0.0020=0.0066 m²·K/W
Heildar U-gildi=1 / 0,0066 ≈ 152 W/m²·K
PVDF skiptirinn nær 15% hærra U-gildi. Fyrir fasta hitaskyldu er nauðsynlegt varmaflutningssvæði (og þar með skiptastærð) 15% minna.
Ályktun: Frammistaða er jafnvægi eigna
Valið á milli PVDF og PTFE ræðst ekki af næstum jafnri hitaleiðni þeirra, heldur af getu PVDF til að mynda sterkari, þynnri vegg sem leyfir meiri hita að flæða í gegnum hann. Heildarvarmaflutningsstuðull PVDF skiptis er venjulega mælanlega hærri en PTFE hliðstæða, þökk sé minni leiðandi viðnám frá þynnri rörveggjum. Að auki býður PVDF upp á hærra hámarksþjónustuhitastig (135 gráður á móti . 110 gráðu ), sem stækkar rekstrargluggann. Hins vegar heldur PTFE kórónu sinni fyrir fullkominn efnafræðilegan tregðu og fyrir forrit sem krefjast hæsta hreinleika. Afköst varmaskipta er jafnvægi á efniseiginleikum, ekki bara einni tölu-og fyrir PVDF er jafnvægið í þágu þynnri, sterkari veggja og betra U-gildis.
