Að hita heitan, óblandaðan brennisteinssýrustraum í 180 gráður er verk sem PTFE getur einfaldlega ekki lifað af-styrkur þess hverfur löngu áður en það hitastig. Ógegnsætt grafít, þéttur, plastefni-gegndreyptur kolefnisblokk, kemur inn sem staðalbúnaður sem ekki-málmi. En efnin tvö taka mjög mismunandi líkamlegt form til að vinna sama starfið. Rúpuveggþykkt hvers efnis sýnir margt um vélrænan persónuleika þess, hitastigsmörk og hæfi fyrir árásargjarnt efnaumhverfi. Að skiljagrafít vs PTFE rör veggþykkt háhita sýraviðskipti-er nauðsynleg til að velja réttan varmaskipti fyrir krefjandi ferliskilyrði.
Hvers vegna veggþykkt er grundvallarmunur á milli grafíts og PTFE
Grafít og PTFE nálgast varmaflutning frá gagnstæðum endum efnisrófsins. Eitt er stíft, eldfast keramik; hitt er sveigjanleg fjölliða með lágt-hitastig. Þykkt rörveggsins þeirra er ekki handahófskennd-þeir ráðast af eðlislægum styrkleikum og veikleikum efnisins.
Grafít: Þykkt, stökkt og hæfir-háhita
Grafítvarmaskiptarör er ekki sveigjanlegur hluti. Það er þykkur-veggaður, stífur strokkur. Í mörgum hönnunum (eins og skipta- af blokkum) eru rörin mynduð með því að bora nákvæmnisgöt beint í solid blokk af ógegndræpi grafíti frekar en að setja saman einstaka þunna rör. Veggþykktin sem myndast er venjulega á bilinu 3 til 6 millimetrar, allt eftir þvermál rörsins og rekstrarþrýstingi.
Þessi mikla þykkt þjónar mörgum tilgangi:
Byggingarstyrkur:Grafít er brothætt og skortir sveigjanleika. Þykkur veggur veitir þann vélræna styrkleika sem þarf til að standast innri þrýsting, uppsetningarálag og hitastig án þess að sprunga.
Tæringarhlunnindi:Þó að grafít standist flestar sýrur, getur smávægileg yfirborðsárás átt sér stað með tímanum. Þyki veggurinn býður upp á innbyggða-tæringarheimild, sem tryggir langan endingartíma jafnvel í árásargjarnum miðlum.
Kostur hitaleiðni:Grafít hefur einstaklega mikla hitaleiðni sem er um það bil 80–120 W/m·K -um það bil 300 til 400 sinnum hærri en PTFE. Jafnvel með þykkum vegg er hitaflutningur áfram skilvirkur vegna þess að efnið sjálft er frábær leiðari.
Hins vegar krefst stökkleiki grafítsins varkárrar meðhöndlunar. Krafist er vélrænna hljóðlátrar uppsetningar-Titringur, hitaáföll eða skyndilegar þrýstingsupphlaup geta valdið sprungum. Þyki veggurinn dregur úr þessari áhættu að hluta, en hann útilokar ekki þörfina á varkárri verkfræði.
PTFE: Þunnt, sveigjanlegt og hitastig-takmarkað
PTFE, aftur á móti, treystir á sveigjanleika þess og efnafræðilega tregðu frekar en styrkleika þess. Í háum-sýruþjónustu (innan marka þess) er PTFE notað sem þunnt-veggslöngur, oft með veggþykkt undir 1 millimetra-venjulega á milli 0,5 mm og 0,8 mm fyrir varmaskiptarör með litlum-þvermáli.
Af hverju svona mjó? Varmaleiðni PTFE er mjög lág, um það bil 0,25 W/m·K. Þykkur PTFE-veggur myndi virka sem varmaeinangrunarefni, sem dregur verulega úr afköstum varmaskipta. Þunni veggurinn lágmarkar þessa þegar lélegu hitaþol, sem gerir viðunandi hitaflutningshraða þrátt fyrir eðlislæga einangrunareiginleika efnisins.
Sveigjanleiki PTFE gegnir einnig hlutverki. Þunn rör geta beygst og titrað án þess að sprunga, sem gerir PTFE hentugan fyrir skel- og-rör hönnun þar sem hitaþenslumunur kemur til móts við sveigjanleika rörsins. Sami sveigjanleiki takmarkar hins vegar hámarks rekstrarhitastig. Yfir um það bil 110 gráður í samfelldri sýruþjónustu byrjar PTFE að mýkjast, skríða undir álagi og missa vélrænni heilleika. Við 180 gráður hefur PTFE nánast engan gagnlegan styrk.
Samanburðartafla: Grafít vs. PTFE rörveggur
| Eign | Grafít | PTFE |
|---|---|---|
| Dæmigerð rörveggþykkt | 3–6 mm | 0,5–0,8 mm |
| Hámarks stöðugt hitastig í sýruþjónustu | 200–250 gráður (fer eftir sýrugerð) | ~110 gráður |
| Varmaleiðni | 80–120 W/m·K | ~0.25 W/m·K |
| Vélræn hegðun | Stíf, brothætt, krefst varkárrar meðhöndlunar | Sveigjanlegt, seigur,-þolið titring |
| Bilunarhamur | Sprungur vegna hita- eða vélræns losts | Mýkjast, skríða eða springa vegna ofhitnunar |
Hitaárangur: Þykkt grafít á móti þunnt PTFE
Samsetning veggþykktar og varmaleiðni ákvarðar heildarvarmaflutning. 5 mm þykkt grafítrör hefur hitauppstreymi sem er um það bil 5 mm / 100 W/m·K=0.00005 m²·K/W á flatarmálseiningu- hverfandi í flestum ferliútreikningum. 0,6 mm þykkt PTFE rör hefur viðnám 0,0006 m / 0,25 W/m·K=0.0024 m²·K/W, sem er um það bil 50 sinnum hærra. Þannig, jafnvel þó að PTFE veggurinn sé mun þynnri, þá ræður léleg leiðni hans, sem krefst stærri hitaflutningsflata eða lægra hitaflæðis samanborið við grafít.
Val byggt á ferlishitastigi og vélrænum takmörkunum
Ákvörðunin á milli grafíts og PTFE kemur niður á hitastigi og vélrænni meðhöndlun.
Fyrir sýruþjónustu yfir 120 gráður (td óblandaða brennisteins-, fosfór- eða saltpéturssýrur við hækkað hitastig):Grafít er eini raunhæfi valkosturinn sem ekki er-málmi. Þykkt vegg og brothætt hans verður að koma til móts við viðeigandi stuðning, hæga hitauppstreymi og titringseinangrun. Thegrafít vs PTFE rör veggþykkt háhita sýrasamanburður styður greinilega grafít þegar hitastig fer yfir mörk PTFE.
Fyrir sýruþjónustu undir 100 gráðum með hugsanlegum titringi eða hitauppstreymi:Þunnur, sveigjanlegur veggur PTFE býður upp á yfirburða þreytuþol og þol gegn vélrænni streitu. Hins vegar þarf stærra yfirborð varmaskipta til að vega upp á móti lélegri hitaleiðni.
Fyrir blandaðar eða óvissar aðstæður:Íhaldssöm nálgun er að nota grafít ef einhver möguleiki er á hitastigi yfir 110 gráður. PTFE mun mistakast hljóðlaust-mýkjast og leka-á meðan grafít mun halda áfram að starfa á öruggan hátt innan hönnunarmarka þess.
Hagnýtar athugasemdir við meðhöndlun
Stökkleiki grafíts krefst vandlegrar uppsetningar. Lagnatengingar verða að vera álagslausar- og forðast skal skyndilegar lokalokanir sem valda vatnshamri. Forhitunaraðferðir krefjast oft hægfara hitastigshraða (td 10 gráður á mínútu) til að koma í veg fyrir sprungur í hitaáfalli. PTFE, aftur á móti, er miklu meira fyrirgefandi gagnvart hröðum hitabreytingum og vélrænni misstillingu, að því tilskildu að alger hiti haldist undir 110 gráðum.
Niðurstaða: Samsvörun efnisforms við vinnslukröfur
Veggþykkt hvers efnis er bein spegilmynd af meðfæddum persónuleika þess. Magn grafíts veitir styrk og hitauppstreymi þar sem sveigjanleiki PTFE myndi mistakast -há- sýruþjónusta krefst þykks, eldfösts veggs sem þolir bæði tæringu og innri þrýsting. Þunnt, mjúkt eðli PTFE skarar fram úr þar sem stífleiki grafítsins myndi splundra -lágt-hitastig, titringur-viðkvæmt forrit njóta góðs af sveigjanlegri himnu sem tekur við hreyfingum án þess að sprunga. Efnisval snýst því um að passa líkamlegt form efnisins við líkamlegar kröfur ferlisins. Þegar hitastigið fer yfir 110 gráður er þykkur grafítveggurinn ekki galli-það er nauðsyn.
