Dva materijala koja izgledaju slično na niskim temperaturama
FEP i PTFE su perfluorirani polimeri i oba otporna na uobičajene rashladne tekućine koje se koriste u kemijskoj obradi: ohlađenu vodu, otopine glikola, slanu vodu i rashladno sredstvo. Na temperaturama između 0 stupnjeva i 50 stupnjeva, kemijska otpornost i mehanička svojstva dvaju materijala su slični, a odabir se često vrši na temelju cijene.
FEP je kopolimer tetrafluoretilena i heksafluorpropilena. Heksafluoropropilenski komonomer remeti kristalnost polimera i smanjuje viskoznost taline, što omogućuje preradu FEP-a ekstruzijom taline. FEP ima maksimalnu kontinuiranu radnu temperaturu od 200 stupnjeva, u usporedbi s 260 stupnjeva za PTFE.
PTFE je homopolimer tetrafluoretilena. Linearna struktura proizvodi veću kristalnost, što PTFE-u daje veću vlačnu čvrstoću, bolju otpornost na puzanje i višu kontinuiranu radnu temperaturu. PTFE se ne može obraditi-taljenjem, pa se proizvodi kompresijskim kalupljenjem i sinteriranjem.
Usporedba toplinske vodljivosti
FEP i PTFE imaju sličnu toplinsku vodljivost. PTFE ima vodljivost od 0,25 W/m·K, a FEP ima vodljivost od 0,24 W/m·K. Razlika je zanemariva i ne utječe na potrebnu površinu za određeno toplinsko opterećenje.
Ukupnim koeficijentom prijenosa topline za oba materijala dominiraju otpori filma tekućine, a ne otpor stijenke. U usluzi hlađenja tekućine-na-tekućinu, ukupni koeficijent za PTFE izmjenjivač topline obično je 200-300 W/m²·K, a koeficijent za FEP izmjenjivač topline je u biti isti. Odabir između ova dva materijala ne može se napraviti na temelju toplinskih svojstava.
Razlika u otpornosti na savijanje
Otpornost na zamor savijanjem je sposobnost materijala da izdrži opetovano savijanje i savijanje bez pucanja. FEP ima manju otpornost na savijanje od PTFE-a zbog svoje niže kristalnosti i fleksibilnije molekularne strukture.
U-uslugama kemijskog hlađenja na niskim temperaturama može doći do zamora savijanja u izmjenjivačima topline koji su podložni vibracijama, termičkom cikliranju ili mehaničkom pomicanju. Cijevi se savijaju dok se izmjenjivač topline širi i skuplja, a opetovano savijanje može uzrokovati pukotine u stijenci cijevi.
PTFE ima veću otpornost na zamor savijanjem od FEP-a, što ga čini prikladnim za rad gdje su cijevi izložene opetovanom savijanju. FEP je prikladan za rad gdje su cijevi čvrsto poduprte i nisu podložne značajnom pomicanju.
Razlika u otpornosti na prodiranje
Permeacija je difuzija plina ili tekućine kroz polimer. FEP ima veću stopu propusnosti od PTFE-a zbog svoje niže kristalnosti i otvorenije molekularne strukture.
U -uslugama kemijskog hlađenja na niskim temperaturama, propusnost može predstavljati problem ako rashladna tekućina sadrži otopljene plinove ili ako je procesna tekućina osjetljiva na kontaminaciju. Propuštanje kisika ili ugljičnog dioksida kroz stijenku cijevi može utjecati na kemiju procesa, a prodiranje procesne tekućine kroz stijenku cijevi može kontaminirati tekućinu za hlađenje.
PTFE ima niže stope propusnosti od FEP-a, što ga čini prikladnim za usluge gdje je propusnost problematična. FEP je prikladan za usluge gdje propusnost nije kritičan faktor.
Razlika u temperaturnoj sposobnosti
FEP ima maksimalnu kontinuiranu radnu temperaturu od 200 stupnjeva, dok PTFE ima maksimalnu kontinuiranu radnu temperaturu od 260 stupnjeva. Na niskim temperaturama, oba materijala su unutar svog radnog raspona, a razlika u temperaturnoj sposobnosti ne utječe na odabir.
Razlika u temperaturnoj sposobnosti postaje važna ako se promijene uvjeti procesa. Ako se usluga hlađenja kasnije pretvori u uslugu grijanja ili ako se radna temperatura poveća, FEP jedinica možda neće biti prikladna i bit će potrebna PTFE jedinica.
Usporedba dva materijala u kemijskom hlađenju-na niskim temperaturama
Sljedeća tablica sažima performanse i troškovne karakteristike PTFE i FEP izmjenjivača topline u kemijskom hlađenju niske-temperature na 10 stupnjeva s 30% otopinom glikola.
| Karakteristično | PTFE izmjenjivač topline | FEP izmjenjivač topline | Prednost |
|---|---|---|---|
| Toplinska vodljivost | 0.25 W/m·K | 0.24 W/m·K | Jednak |
| Ukupni koeficijent prolaza topline | 250 W/m²·K | 245 W/m²·K | Jednak |
| Maksimalna stalna radna temperatura | 260 stupnjeva | 200 stupnjeva | PTFE |
| Otpornost na savijanje | visoko | Umjereno | PTFE |
| Otpornost na prodiranje | visoko | Umjereno | PTFE |
| Kemijska otpornost na otopinu glikola | Izvrsno | Izvrsno | Jednak |
| Mehanička čvrstoća | visoko | Umjereno | PTFE |
| Otpornost na toplinski udar | visoko | Umjereno | PTFE |
| Mogućnost popravka | Dobro | Dobro | Jednak |
| Životni vijek u rashladnom servisu | 15–20 godina | 10–15 godina | PTFE |
| Kapitalni trošak za rad od 20 kW | $18,000 | $14,000 | FEP |
| Trošak instalacije | $2,500 | $2,500 | Jednak |
| Godišnji trošak održavanja | $1,200 | $1,800 | PTFE |
| Pet{0}}godišnji ukupni trošak | $33,500 | $33,500 | Jednak |
Pet{0}}vrijednosti ukupne cijene pretpostavljaju vrijednost proizvodnje od 400 USD po satu i uključuju kapitalne troškove, troškove instalacije i troškove održavanja tijekom pet godina. Pet-godišnji ukupni trošak je u biti jednak jer je niži kapitalni trošak FEP-a nadoknađen višim troškom održavanja.
Kada je FEP bolji izbor
FEP je bolji izbor u nekoliko specifičnih aplikacija.
Rad na niskim-temperaturama bez savijanja.Na temperaturama ispod 50 stupnjeva i s kruto poduprtim cijevima, FEP radi jednako dobro kao PTFE uz niže kapitalne troškove.
Ne-kritična usluga prožimanja.Kada prodiranje plinova ili tekućina kroz stijenku cijevi nije problem, FEP je prikladan.
Zahtjev kratkog životnog vijeka.Kada se očekuje da izmjenjivač topline ima radni vijek od 10 godina ili manje, FEP je prikladan i jeftiniji.
Troškovno{0}}osjetljive aplikacije.Kada je kapitalni proračun ograničen, FEP pruža odgovarajuću izvedbu po nižoj cijeni.
Standardna usluga hlađenja.Za standardnu uslugu hlađenja bez neobičnih kemijskih ili mehaničkih zahtjeva, FEP je prikladan.
Kada je PTFE bolji izbor
PTFE je bolji izbor u nekoliko specifičnih primjena.
Usluga savijanja.Kada su cijevi izložene vibracijama, toplinskim ciklusima ili mehaničkim pomicanjima, PTFE ima veću otpornost na savijanje od FEP-a.
Usluga-osjetljiva na prodiranje.Kada je propusnost plinova ili tekućina kroz stijenku cijevi problematična, PTFE ima niže stope propusnosti od FEP-a.
Usluga na visokim-temperaturama.Kada radna temperatura može prijeći 200 stupnjeva, potreban je PTFE jer FEP omekšava i gubi snagu.
Zahtjev za dug radni vijek.Kada se očekuje da će izmjenjivač topline imati vijek trajanja od 15 ili više godina, PTFE je bolji izbor jer ima veću mehaničku čvrstoću i bolju otpornost na puzanje.
Usluga visoke-čistoće.Kada je procesna tekućina osjetljiva na kontaminaciju, PTFE ima niže stope propusnosti i manje ekstrahiranja od FEP-a.
Značajke dizajna koje utječu na odabir
Nekoliko značajki dizajna utječe na odabir između PTFE i FEP.
Razmak nosača cijevi.Bliži razmak nosača cijevi smanjuje savijanje cijevi, što smanjuje zahtjeve za zamorom savijanja i omogućuje upotrebu FEP-a.
Brzina protoka.Veća brzina protoka povećava vibracije i savijanje cijevi, što pogoduje PTFE-u.
Frekvencija toplinskog ciklusa.Češći toplinski ciklusi povećavaju savijanje cijevi, što pogoduje PTFE-u.
Osjetljivost procesne tekućine.Osjetljivije procesne tekućine zahtijevaju niže stope propusnosti, što ide u prilog PTFE-u.
Marža radne temperature.Veći razmak između radne temperature i ograničenja materijala pruža veću fleksibilnost za buduće promjene procesa, što ide u prilog PTFE-u.
Parametri specifikacije za nisko-temperaturno kemijsko hlađenje
Inženjeri opreme koji procjenjuju PTFE i FEP izmjenjivače topline za nisko-temperaturno kemijsko hlađenje trebaju potvrditi sljedeće parametre kod dobavljača.
Kemija rashladne tekućine.Navedite sastav rashladne tekućine, uključujući koncentraciju glikola, slane otopine ili drugih aditiva.
Radna temperatura.Navedite maksimalnu radnu temperaturu i očekivani profil temperature.
Osjetljivost procesne tekućine.Odredite osjetljivost procesne tekućine na onečišćenje od propusnosti.
Fleksibilni uvjeti.Odredite vibracije, toplinske cikluse i mehaničko kretanje koje će cijevi doživjeti.
Zahtjev za vijek trajanja.Navedite očekivani vijek trajanja i raspored zamjene.
Toplinsko opterećenje i površina.Navedite toplinsko opterećenje i potrebnu površinu za svaku opciju materijala.
Ograničenja prostora.Navedite raspoloživi prostor i najveći dopušteni otisak.
Mogućnost održavanja.Navedite sposobnost održavanja objekta.
Usklađivanje odabira materijala s uvjetima hlađenja
Odabir između PTFE i FEP izmjenjivača topline pri nisko-temperaturnom kemijskom hlađenju ovisi o uvjetima savijanja, osjetljivosti na propusnost, zahtjevu za životni vijek i osjetljivosti troškova. FEP je prikladan za niske-temperature, bez savijanja i problema s propusnošću, a jeftiniji je. PTFE je potreban za rad sa savijanjem, problemima propusnosti ili dugim vijekom trajanja.
Odluka o odabiru trebala bi se temeljiti na-specifičnoj analizi objekta koja uključuje kapitalni trošak, trošak instalacije, trošak održavanja i izloženost gubitku proizvodnje. Jednostavan model proračunske tablice s ovim komponentama troškova pruža informacije potrebne za donošenje odluke.
Za niskotemperaturne kemijske rashladne objekte koji procjenjuju opcije izmjenjivača topline, odabir materijala trebao bi se temeljiti na ukupnom trošku vlasništva tijekom očekivanog vijeka trajanja, a ne samo na kapitalnom trošku. FEP jedinica s nižim kapitalnim troškom može imati veće troškove tijekom vijeka trajanja ako zahtijeva češću zamjenu.
Inženjeri opreme i stručnjaci za nabavu koji procjenjuju specifikacije PTFE izmjenjivača topline za nisko-temperaturno kemijsko hlađenje ili druge korozivne usluge mogu zatražiti pregled dizajna koji pokriva kemiju rashladne tekućine, radnu temperaturu, osjetljivost procesne tekućine, uvjete fleksibilnosti i zahtjeve za radni vijek kako bi potvrdili da je izbor materijala usklađen sa stvarnim uvjetima rada i strukturom troškova postrojenja.
